困難重重，堅持不懈，最終撥開迷霧見答案
看到不可見的東西：諾貝爾獎得主安德裏亞-蓋茲如何發現銀河系中心的超大質素黑洞
安德裏亞蓋茲
圖片來源：艾琳娜-朱科娃/加利福尼亞大學
天體物理學家安德裏亞蓋茲（Andrea Ghez）在她的科學生涯中一直在窺視著銀河系的中心，試圖看到一些看不見的東西。
她因為這項工作獲得了諾貝爾獎，該工作極大的加強了我們現有的儀器無法觀測到的超大質素黑洞正潛伏在銀河系中心的證據。她也成為一個多世紀以來第四位獲得諾貝爾物理學獎的女性。她將這一統計數據視為一種責任。
與此同時，當她和她的同事們正在解決關於宇宙更深層次的問題時，這項為獲獎研究提供資訊的同樣的觀測活動在今天仍在繼續進行。正在加州大學洛杉磯分校從事研究和教學工作的蓋茲告訴空間網，她的研究部份由美國國家科學基金會資助，「我們的目標從來都不是為了獲獎，而是為了研究科學」。
當她開始研究時，蓋茲將她以前在成像技術方面的工作與她對黑洞的長期興趣結合起來，用以解決一個引人入勝的謎題：是什麽在銀河系的中心產生了奇怪的射線光？
「當然存在建議說那裏可能有一個黑洞，但是圍繞著這樣的可能性存在著巨大的爭議。」 蓋茲說道，「它的射線就和人們在其他地方看到的黑洞相關的東西類似，但它並不能感官定論，它仍然可能是很多種東西。」
所以蓋茲開始研究銀河系的中心。她的方法是追蹤最接近銀河系中心的恒星，並認為它們受到了產生奇怪輻射的東西的影響。蓋茲認識到，她以前所使用的被稱為自適應光學的技術，能夠解釋地球大氣層對天文數據造成的扭曲，也可以使天文學家對這些恒星進行更加清晰的觀察並足以跟蹤它們的運動。
但其他人並不怎麽相信。她指出，為該專案提供觀測時間的第一個提議被拒絕了。即使她被分配到時間去使用望遠鏡，也有許多障礙需要克服。「首先你必須證明，你的成像是有效的，你可以拍照，並且有東西可以被拍—在這個區域確實有星星存在並且可以跟蹤它們的運動。」
但最終，這些措施都落實在了實處，蓋茲和她的同事們開始追蹤銀河系中心附近的大量單體恒星。
其中一顆恒星從一個未知的光電變成了蓋茲最喜歡的恒星，而現在它被稱作S0-2。「我們發現了它，它正在快速移動，它顯然是很有意義的。它是人們最感興趣的恒星之一，它肯定會成為節目的主角。」她說道，「事實證明，該恒星擁有最短的【軌域】周期，但你在開始的時候並不知曉。」
帶著巨大的耐心去追蹤SO-2和其同伴意味著蓋茲可以開始估計銀河系中心的神秘物體究竟有多少質素。隨著觀察結果的積累，蓋茲和她的同事們開始相信，在一個極小的空間記憶體在大量的物質。這些特征與黑洞相匹配，但證據還不夠有力。
「但這仍有其他的解釋存在，所以這說明，你必須繼續下去」，蓋茲說到。幸運的是，繼續這項研究要比開啟這項研究容易更容易。「在這一點上，很顯然這一技術將發揮作用，一些有趣的事情正在發生。所以我們可以得到更多的望遠鏡觀測時間。」
巨大的影響
隨著時間的推移和數據的積累，蓋茲的研究和萊因哈德-根澤爾進行的無關聯研究一起，證實了在銀河系的中心潛伏著一個超大質素黑洞。蓋茲和根澤爾一起分享了一半的諾貝爾獎。
但這一發現不僅僅是在我們的銀河系地圖上標註出一個怪物。因為科學家們沒有任何證據表明我們的星系是極其特殊，獨一無二的。因此，了解我們自己的超大質素黑洞和星系的其他部份如何相互作用將會有更加廣泛的意義。
「這是我們可以研究的距離最近的星系中心了，下一次比較近的星系中心是這個距離的100倍」，蓋茲說到。「因此我們現在擁有這個奇妙的實驗場所，既可以理解黑洞的物理學特性，又可以探究在這麽一個定理失效的區域中，重力是如何發揮作用的。」
蓋茲的工作也支持了事件視界望遠鏡的工作進展，而這可能是自她發現並研究銀河系中心的超大質素黑洞方面以來最令人矚目的專案。據美國航空航天局稱，該專案是一個全球性的望遠鏡網絡，合作建立了銀河系和名為M87的星系中心的超大質素黑洞陰影的視覺表現，而該星系位於5400萬光年外的室女座。
該合作專案仍在分析對銀河系的觀測結果，但在2019年4月釋出了常被成為M87中心黑洞陰影的第一張影像。（與該專案有關的科學家說，銀河系的黑洞比M87的黑洞更難研究，因為它會更加活躍）。
「你所看到的這一個環是由光子（或光的粒子）的重力影響而產生的」，蓋茲在談到事件視界望遠鏡的工作時說道。「這與我們觀測黑洞的方式相同：它也是對它周圍事物的重力影響。」
對於蓋茲來說，這使得事件視界望遠鏡的工作成為一個令人興奮的科學裏程碑。「當你能用多種方法來研究同一現象時，它是如此強大和有力。」她說到，「當你可以把多種技術結合到一起時，它會給予你更深的洞察力。」
即使科學家們正在聯合解決黑洞的奧秘，蓋茲和她的同事們也在繼續對銀河系中心的恒星進行檢測。他們並不打算很快停止，因為每一次新的觀測都會增加整套數據的體量和可靠性。
這項研究還指出了科學界尚未解釋的新難題，比如新的恒星如何在離超大質素黑洞如此近的地方形成。蓋茲說：「由於能夠以這些新的不同的方式觀測到銀河系的中心，許多真正有趣的悖論因此而產生。」
並且還有一個各地物理學家最喜歡的消遣活動：檢查愛因斯坦的工作看看它是否仍然有效。
首先，蓋茲的研究證實，接近超大質素黑子但逃離其重力洞的光子以一種特定的方式失去能量，這與愛因斯坦的預測相吻合。現在，該團隊正在進行第二次測試，這次是分析物體如何在時空中移動。科學家們在幾年內應該有足夠的數據來評估他在這方面的預測。
蓋茲說：「我總是喜歡實驗中的一個階段，即你不太確定會發生什麽，但很明顯，一個訊號正在清晰地出現。」
推進多樣性
與她的科學工作相對應的是，蓋茲正面臨著其所工作的領域會存在對女性的敵意這一挑戰。與她開始攻讀博士學位時相比，今天的女性獲得物理學博士學位的比例有了明顯的提高，但她說在將所有少數群體納入科學領域方面仍然有許多的工作需要完成。
對於蓋茲來說，諾貝爾獎是推進這一工作的有力工具。她說道：「我一直對如何鼓勵女性進入科學領域這一問題很有興趣，而我認為最好的方式就是在你所在的科學領域獲得成功，有目共睹的成功。」
並且她說，由於該獎項意味著主辦方的演講邀請，只要透過精挑細選，它就可以成為接觸廣泛受眾的有力工具。「伴隨著獎項隨之而來的就是機會和責任，」蓋茲說到，「它迫使你捫心自問，哪些行動可以幫助你推進你認為重要的事情？「
與此同時，蓋茲說她鼓勵到了那些努力在科學中追尋自我的人去找到可以支持他們的系統。「尤其是當你屬於少數群體時，找到那些可以接納你成為非少數群體的社區的一部份。我發現這對於我自己的職業參與非常重要。「
歸根結底，這就是要經受住現實的障礙。「我最喜歡的說法是挑戰既是機遇，「蓋茲說。」你要如何讓自己周圍的人幫助你把挑戰—不是說把挑戰變輕松—轉化為機會？「
BY:Meghan Bartels
FY:Zekki
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轉譯：天文誌願文章組- Zekki
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