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历经艰险,女性科学家终获诺奖,成功不止于科学

困难重重,坚持不懈,最终拨开迷雾见答案

看到不可见的东西:诺贝尔奖得主安德里亚-盖兹如何发现银河系中心的超大质量黑洞

历经艰险,女性科学家终获诺奖,成功不止于科学

安德里亚盖兹

图片来源:埃琳娜-朱科娃/加利福尼亚大学

天体物理学家安德里亚盖兹(Andrea Ghez)在她的科学生涯中一直在窥视着银河系的中心,试图看到一些看不见的东西。

她因为这项工作获得了诺贝尔奖,该工作极大的加强了我们现有的仪器无法观测到的超大质量黑洞正潜伏在银河系中心的证据。她也成为一个多世纪以来第四位获得诺贝尔物理学奖的女性。她将这一统计数据视为一种责任。

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与此同时,当她和她的同事们正在解决关于宇宙更深层次的问题时,这项为获奖研究提供信息的同样的观测活动在今天仍在继续进行。正在加州大学洛杉矶分校从事研究和教学工作的盖兹告诉空间网,她的研究部分由美国国家科学基金会资助,“我们的目标从来都不是为了获奖,而是为了研究科学”。

当她开始研究时,盖兹将她以前在成像技术方面的工作与她对黑洞的长期兴趣结合起来,用以解决一个引人入胜的谜题:是什么在银河系的中心产生了奇怪的射线光?

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“当然存在建议说那里可能有一个黑洞,但是围绕着这样的可能性存在着巨大的争议。” 盖兹说道,“它的射线就和人们在其他地方看到的黑洞相关的东西类似,但它并不能感官定论,它仍然可能是很多种东西。”

所以盖兹开始研究银河系的中心。她的方法是追踪最接近银河系中心的恒星,并认为它们受到了产生奇怪辐射的东西的影响。盖兹认识到,她以前所使用的被称为自适应光学的技术,能够解释地球大气层对天文数据造成的扭曲,也可以使天文学家对这些恒星进行更加清晰的观察并足以跟踪它们的运动。

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但其他人并不怎么相信。她指出,为该项目提供观测时间的第一个提议被拒绝了。即使她被分配到时间去使用望远镜,也有许多障碍需要克服。“首先你必须证明,你的成像是有效的,你可以拍照,并且有东西可以被拍—在这个区域确实有星星存在并且可以跟踪它们的运动。”

但最终,这些措施都落实在了实处,盖兹和她的同事们开始追踪银河系中心附近的大量单体恒星。

其中一颗恒星从一个未知的光电变成了盖兹最喜欢的恒星,而现在它被称作S0-2。“我们发现了它,它正在快速移动,它显然是很有意义的。它是人们最感兴趣的恒星之一,它肯定会成为节目的主角。”她说道,“事实证明,该恒星拥有最短的【轨道】周期,但你在开始的时候并不知晓。”

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带着巨大的耐心去追踪SO-2和其同伴意味着盖兹可以开始估计银河系中心的神秘物体究竟有多少质量。随着观察结果的积累,盖兹和她的同事们开始相信,在一个极小的空间内存在大量的物质。这些特征与黑洞相匹配,但证据还不够有力。

“但这仍有其他的解释存在,所以这说明,你必须继续下去”,盖兹说到。幸运的是,继续这项研究要比开启这项研究容易更容易。“在这一点上,很显然这一技术将发挥作用,一些有趣的事情正在发生。所以我们可以得到更多的望远镜观测时间。”

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巨大的影响

随着时间的推移和数据的积累,盖兹的研究和莱因哈德-根泽尔进行的无关联研究一起,证实了在银河系的中心潜伏着一个超大质量黑洞。盖兹和根泽尔一起分享了一半的诺贝尔奖。

但这一发现不仅仅是在我们的银河系地图上标注出一个怪物。因为科学家们没有任何证据表明我们的星系是极其特殊,独一无二的。因此,了解我们自己的超大质量黑洞和星系的其他部分如何相互作用将会有更加广泛的意义。

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“这是我们可以研究的距离最近的星系中心了,下一次比较近的星系中心是这个距离的100倍”,盖兹说到。“因此我们现在拥有这个奇妙的实验场所,既可以理解黑洞的物理学特性,又可以探究在这么一个定理失效的区域中,引力是如何发挥作用的。”

盖兹的工作也支持了事件视界望远镜的工作进展,而这可能是自她发现并研究银河系中心的超大质量黑洞方面以来最令人瞩目的项目。据美国航空航天局称,该项目是一个全球性的望远镜网络,合作创建了银河系和名为M87的星系中心的超大质量黑洞阴影的视觉表现,而该星系位于5400万光年外的室女座。

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该合作项目仍在分析对银河系的观测结果,但在2019年4月发布了常被成为M87中心黑洞阴影的第一张图像。(与该项目有关的科学家说,银河系的黑洞比M87的黑洞更难研究,因为它会更加活跃)。

“你所看到的这一个环是由光子(或光的粒子)的引力影响而产生的”,盖兹在谈到事件视界望远镜的工作时说道。“这与我们观测黑洞的方式相同:它也是对它周围事物的引力影响。”

对于盖兹来说,这使得事件视界望远镜的工作成为一个令人兴奋的科学里程碑。“当你能用多种方法来研究同一现象时,它是如此强大和有力。”她说到,“当你可以把多种技术结合到一起时,它会给予你更深的洞察力。”

即使科学家们正在联合解决黑洞的奥秘,盖兹和她的同事们也在继续对银河系中心的恒星进行检测。他们并不打算很快停止,因为每一次新的观测都会增加整套数据的体量和可靠性。

这项研究还指出了科学界尚未解释的新难题,比如新的恒星如何在离超大质量黑洞如此近的地方形成。盖兹说:“由于能够以这些新的不同的方式观测到银河系的中心,许多真正有趣的悖论因此而产生。”

并且还有一个各地物理学家最喜欢的消遣活动:检查爱因斯坦的工作看看它是否仍然有效。

首先,盖兹的研究证实,接近超大质量黑子但逃离其引力洞的光子以一种特定的方式失去能量,这与爱因斯坦的预测相吻合。现在,该团队正在进行第二次测试,这次是分析物体如何在时空中移动。科学家们在几年内应该有足够的数据来评估他在这方面的预测。

盖兹说:“我总是喜欢实验中的一个阶段,即你不太确定会发生什么,但很明显,一个信号正在清晰地出现。”

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推进多样性

与她的科学工作相对应的是,盖兹正面临着其所工作的领域会存在对女性的敌意这一挑战。与她开始攻读博士学位时相比,今天的女性获得物理学博士学位的比例有了明显的提高,但她说在将所有少数群体纳入科学领域方面仍然有许多的工作需要完成。

对于盖兹来说,诺贝尔奖是推进这一工作的有力工具。她说道:“我一直对如何鼓励女性进入科学领域这一问题很有兴趣,而我认为最好的方式就是在你所在的科学领域获得成功,有目共睹的成功。”

并且她说,由于该奖项意味着主办方的演讲邀请,只要通过精挑细选,它就可以成为接触广泛受众的有力工具。“伴随着奖项随之而来的就是机会和责任,”盖兹说到,“它迫使你扪心自问,哪些行动可以帮助你推进你认为重要的事情?“

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与此同时,盖兹说她鼓励到了那些努力在科学中追寻自我的人去找到可以支持他们的系统。“尤其是当你属于少数群体时,找到那些可以接纳你成为非少数群体的社区的一部分。我发现这对于我自己的职业参与非常重要。“

归根结底,这就是要经受住现实的障碍。“我最喜欢的说法是挑战既是机遇,“盖兹说。”你要如何让自己周围的人帮助你把挑战—不是说把挑战变轻松—转化为机会?“

BY:Meghan Bartels

FY:Zekki

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