直播：2021腾讯科学WE大会：跟“天字号”科学家一起洞察天机
银河系浩渺无际 ， 十万光年内聚集了千亿恒星——哪一颗最值得久久端详？
一个年近古稀的老人 ， 用半辈子时间凝望着一颗星 ， 回答了这个问题 。
他就是德国天文学家Reinhard Genzel 。
他的这颗星连名字都没有 ， 只有个编号‘S2’ ， 却揭示出银河系中心最黑暗的秘密 ， 为他赢得了2020年诺贝尔物理学奖 。
这是怎么回事 ， 听我慢慢道来 。
Genzel之前的‘黑洞’
从科学家到大众 ， 当代人已经完全接受了‘黑洞’这种极端天体存在的事实 。 但从最早有关黑洞的‘脑洞’被提出 ， 到黑洞被理解、被证实 ， 科学界走过了相当长的一段路 。
早在18世纪末（乾隆年间！） ， 就有英、法两国物理学家开过这样的脑洞：如果保持太阳密度不变 ， 但是把它的直径拓展五百倍 ， 让它的总质量提高上亿倍 ， 那根据牛顿力学 ， 这样一颗星表面的逃逸速度将超过光速 。 而如果光无法逃离这颗星 ， 它看起来应该是黑色的 。 他们把这种假想的天体叫做‘黑星’ ， 这是关于黑洞最早的科学幻想 。
1915年 ， 爱因斯坦广义相对论的提出刷新了人类对时空本质的认识 。 一个名叫史瓦西的德国小伙子看到爱因斯坦场方程后只用了不到一个月 ， 就得出了一个解 。 虽然不久之后他就在一战战场上染病身亡 ， 但其他科学家从他的这个解中提取出一个关键的物理量——‘史瓦西半径’ 。
这个仅由天体质量决定的半径数值 ， 成了理解黑洞概念的关键：如果宇宙中的一定质量的天体可以被压缩到对应的史瓦西半径内 ， 它就会无限地向内塌缩 ， 直到变成一个无限小的‘奇点’ 。 这样形成的极端天体 ， 或者说这样一个极端的时空区域 ， 就被称作‘黑洞’ 。
现在我们知道 ， 黑洞按照其质量 ， 大致可以分为两类：恒星级黑洞 ， 一般形成于大质量恒星死亡之时 ， 质量可以达到几十个太阳质量；还有一种叫超大质量黑洞 ， 往往位于星系中心 ， 质量可以达到几百万甚至几亿个太阳质量 。
说起来最早的‘黑星’假说中 ， ‘黑星’就被想象为上亿倍太阳质量的庞然大物 。 但真正发现这种宇宙级‘巨兽’的存在 ， 还是20世纪60年代的事 。
当时天文学家发现一种看起来跟恒星差不多的点光源状天体‘类星体’ ， 但它们拥有很强的无线电辐射、具有不规律的亮度变化 ， 而且在从其光谱中识别出一些谱线后 ， 天文学家发现这东西往往都极其遥远——意味着要达到我们观测到的亮度 ， 它们本身需要具有超过整个星系的发光功率 。 进一步观测发现 ， 它们都位于遥远星系的中心 ， 只不过因为星系主体跟类星体相比太暗 ， 往往只有最亮的核心被我们看到 ， 因而才有‘类星’的形态 。
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