天体物理学

诺贝尔物理学奖2020荣誉在黑洞上工作

英国Roger Penrose是他在黑洞的理论工作中获得奖励。德国Reinhard Genzel和American Andrea Ghez在银河系中发现了他们的超级分类黑洞。

肖恩百事可数
三个诺贝尔奖获奖者2020 Penrose,Genzel和Ghez

这个安éE,诺贝尔物理奖涵盖了最有异国情调的物理’宇宙,黑洞。很长一段时间,物理学家想知道é si les trous noirs étaient réels, s’他们可以在宇宙中形成’ils n’é作为文物的équations de la théorie de la relativité générale d’Albert Einstein.

1965年,Roger Penrose A D.émontré黑洞可以在条件下形成éalistes et les a décrits en dé尾巴。特别是黑洞隐藏在他们的c中œur une singularité de densité infinie oùrelativit的法律é générale cessent de s’appliquer.

À partir du début des anné1990年,Reinhard Genzel和Andrea Ghez指导了é indépendamment deux é观察研究étoiles évoluant au plus prè来自乳房的中心ée, dans une région nommée sagittarius a *。他们的动态显示é qu’elles é在绕道’un objet très massif d’environ 4 数百万太阳能群体比系统较小è太阳的。他们为此贡献é间接证明’existence d’une classe particulière de trous noirs :SuperMassive Nich Holdesés在星系的中心。

L’然而,黑洞的历史开始更多ôt, dès la fin du xviiie siècle. En étudiant les conséquences de la mé牛顿频道倍数ée à des objets trèS Sumerifs,科学家John Michell和Pierre-Simon Laplace已经注意到é (indépendamment, en 1783 第一个和1796年 pour le second), qu’巨大的物体(例如500 与阳光大的时间ême densité)其引力场是如此强烈,因此是lib的速度ération si élevée, que même la lumière ne pourrait s’échapper de l’星星。然后是« objets noirs ». Michell s’était même demandé comment dé制作这些物体 : « 如果是明亮的物体évoluaient autour d’eux alors peut-être qu’à从这些尸体在轨道上的运动来看,我们可以通知érer l’具有一些概率的中心物体存在é. » C’est cette même idée qui sera utilisée,二百年后,由Reinhard Genzel和Andrea Ghez投入évidence la préSupermassif黑洞Sence在乳液的中心ée.

这个概念’米歇尔的黑色对象和拉普拉斯特有’inconvénient d’être le résultat d’une ré屈曲作为m的一部分é牛顿犬。现在,11月 1915年,Albert Einstein显示出来é que cette dernière n’était qu’une approximation d’une thé更基本的orie,relativité géné。德国物理学家得出结论,质量和’énergie dé形成了织物’时空。后者的曲率,在d中é物体的轨迹’y déplacent, correspond à ce que l’引力是命名的。

魔鬼é la complexité mathématique de cette théorie,在几个月里,l’德国天文学家Karl Schwarzschildé une solution aux équations d’爱因斯坦,在此情况下’un objet massif sphé没有旋转。然而,Schwarzschild解决方案有两个问题èmes :它在中心中需要无限的值,并为半径r = 2GM/c2 (où G 是引力常数,m la masse de l’objet et c Lumi的速度ère), depuis nomméSchwarzschild。如何译文éter ce résultat ?

如果问题ème du centre a été assez vite interprété像一个真正的奇点é表明théorie de la relativité générale ne dé在这一点上,施密地区的攻击物理学更具正确的物理学,Schwarzschild的半径有été difficile à comprendre. Après plusieurs dé研究人员所揭示的床头斯é这个奇点é était juste un problème de choix du système de coordonnées。但不仅仅是…

1939年,AMéRicans Robert Oppenheimer和Hartland Snyder拥有étudiémati云彩ère s’effondre sur lui-mê我。然后他们理解Schwarzschild半径的物理意义。后者D.éfinit un « horizon »哪个对象的pénètre à l’intérieur ne peut plus s’échapper, pas même la lumière. On a alors un « trou noir »(名称将不会发明é que dans les années 1960). Ainsi, une étoile très massive qui s’effondre sur elle-mê可能形成一个黑洞。 L.’astre se « couperait » alors du reste de l’宇宙,不能再émettre d’信息到遥远的观察者。只有他的引力领域才会持续存在。

这个IDée a cependant été欢迎怀疑态度。一种ècentu计算’oppenheimer和斯奈德était que le système devait présenter une symétrie sphé。黄金本质上,没什么’est parfaitement symétrique. Une étoile qui s’崩溃最终会有éellement dans cet état si étrange qu’是一个黑洞,或者她会回到她的c上œ你爆炸和分散他的matiè在星际环境中 ?

L’idée de trou noir a été relancée dans les années 1960 avec l’观察量子。特别是 1963年,Maarten Schmidt表现出来é que le quasar QSO 3C 273 était situé à 760 mégaparsecs (2,4 milliards d’années-lumiè关于)。但看到他的距离,他不得不être 1 000 比整个乳房道路更辉煌ée !! 1964年,Edwin Salpeter和Yakov Zeldovich建议éréQuasars是中心被占用的星系é通过一个吞噬数量的超级分类黑洞és colossales de matière. Cette dernière s’é通过落下和强烈的人造丝而加热ément.

仍然是à ré不要训练问题’条件下的黑洞éalistes. Le mathé曼蒂燕麦·罗杰潘’est penché sur le problème dès 1964. Il a considéré le problème sans faire l’hypothèse de symétrie sphé。实现à他有解决方案éveloppé des outils mathématiques inspiré拓扑。他从而拍摄é这是,在TRS下ès générales (sans symétrie particulière), l’effondrement de matière conduit à la formation d’une singularité et d’un horizon, c’est-à-dire d’un trou noir.

黑洞不仅仅是神器数学ématique des éReativit Quationsé géné。他们可以在训练期间训练’effondrement du cœur d’une étoile massive. La dé覆盖标准条款également amené英国唐纳德林登 - 贝尔, 1969, à suggé那大多数星系hé在他们的中心沉没一个超级分配的黑洞,其群众可以达到阳光的百万百万次甚至十亿次。两年后,与他的同胞马丁里斯,他们建议éré que c’é也可能在乳酸路径中的情况ée.

但是这个乐器’époque avaient une ré太低的解决方案来仔细审查银河系中心,确定é通过Harlow Shppley有Prè一百年,朝着矢状星座的方向。À la fin des années 1960年,射手座无线电源 A* avait été clairement identifiée comme é乳房轨道的中心ée。但是,这个réGion富含气体,在灰尘中èRe(这使得特别是èrement opaque à la lumière visible) et en é油菜轨道上轨道ées.

À partir des années 1990, la résolution des télescopes gé近红外线的ANS已经足以观察到银河系。 L.’éReinhard Genzel团队有D.’abord utilisé le NTT. (新技术望远镜) àLa Silla,智利,然后是 VLT(非常宽的望远镜),帕拉培,également au Chili. L’équipe d’安德烈格雅斯有他的部分é l’observatoire 凯克, à Hawaii.

L’é银河系中心托德é在很长的努力下停止跟进ée, ce qui exclut l’utilisation des té空间伙伴。但是在地上的观察者’inconvénient d’ê受到大气湍流ériques, qui altèrent la qualité图片。弥补这种干扰,都是équipes ont d’abord utilisé une technique nommée 斑点成像但它只允许跟随é最亮的画布。À partir des années 2000, les deux équipes ont utilisé一种新技术,’自适应光学。它包含à créer une étoile artificielle à côté de la zone observéE用激光激发激发钠原子的激光器’atmosphère. Les dé由于大气湍流导致的培训é然后分析é生活和符号ées grâce à二次镜子D.éformable.

两个都é团队随访,grâce à des données toujours plus précises, les é帆布最靠近银河中心。特别是,他们遵循了轨迹’étoile S2, dont la période de ré概幅只有十六(太阳在两百次游览星系之旅 millions d’années). Les deux équipes sont arrivées à la même conclusion :椭圆形的比赛’étoile S2 suggère qu’elle évolue autour d’un objet de près de 4 百万太阳能群众,与超大的黑洞兼容。

r.éRoghard Genzel和Andrea Ghez的Roger Penrose Sultat拥有été le point de dé许多作品的分享也是如此éoriques qu’在黑洞上观察到’astrophysique en géné兰和宇宙学。例如,Roger Penrose和Stephen Hawking使用é les mê我的工具表明这一点’une singularité passée est inévitable dans le modè大爆炸。这项工作也是阿门é au phénomè做叫醒的辐射和’é黑洞的蒸气。今天’hui, le défi pour les thé奥里西人是理解如何调和méQuantum Canic和Relativité générale pour décrire plus précisé奇点水平正在发生什么é.

对黑洞的观察可以带来指数。 vs.’特别是,联盟重力的情况仍在继续’observer Sagittarius A*, ou encore du télescope 活动视野谁有R.éalisé en 2019 la première image d’在星系的中心的一个超级分配的黑洞 M87. Les interféromètres lasers géants 利奥处女座 traquent é也是引力波é在两个黑洞的聚结期间供电。

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