【银河系|五分钟读懂2020诺贝尔物理学奖：黑洞和银河系最黑暗的秘密( 二 )|银河系|黑洞|五分钟|诺】_

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在Penrose对奇点定理的证明进行完善时，俘获面成为一个中心概念。在如今有关弯曲宇宙的研究中，他所引入的拓扑方法发挥着重要的作用。
通向时间尽头的单行道
一旦物质开始塌缩并形成俘获面，塌缩就再也没有可能停止。正如物理学家兼诺贝尔奖得主Subrahmanyan Chandrasekhar讲述的故事中所言，没有回头路。他的这个故事讲的是蜻蜓和其生活在水面下的幼虫。当幼虫准备好展开翅膀时，它向周围的同伴承诺，会回来向它们讲述水面上的大千世界。但是一旦幼虫真的冲出水面，如蜻蜓一般飞舞后，它就再也回不去了。水中的幼虫永远无法听到水面之外大千世界的故事。
银河系|五分钟读懂2020诺贝尔物理学奖：黑洞和银河系最黑暗的秘密
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同样地，所有物质也只能沿一个方面穿越黑洞的事件视界。然后，时间取代空间，所有可能的路径都指向内部，时间的流逝将所有事物推向不可避免的终点——奇点。
黑洞控制恒星的路径
银河系|五分钟读懂2020诺贝尔物理学奖：黑洞和银河系最黑暗的秘密
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黑洞的形成（左上）黑洞横截面当一颗巨大的恒星在自身引力作用下塌缩时，它会形成一个质量很大的黑洞，捕获穿越其事件视界的一切东西。哪怕是光都无法逃离黑洞。在事件视界中，时间取代空间，所有路径向内指。时间流将一切带向黑洞最深处的奇点——在这里，密度是无限的，时间也止于此。（右下）光锥表示光线在时间上向前和向后的路径。当物质塌缩并形成黑洞时，穿过黑洞事件视界的光锥将向内朝奇点运动。外部的观察者永远不会真正看到光线到达事件视界。他们看到的，只是光线接近事件视界。之后的就没有人能看到。

Reinhard Genzel和Andrea Ghez各自带领着一个独立的研究小组，以探索我们的银河系中心区域。我们的银河系状似一张圆盘，直径达到10万光年，其中有云气和尘埃，以及几千亿颗恒星；其中之一就是我们的太阳。我们从地球上望去，巨大的星际气体和尘埃遮挡了大部分来自银河系中心的可见光芒。红外线望远镜和无线电技术首次让天文学家得以穿越这些障碍，观测到银河系中心的恒星。
Genzel和Ghez循着恒星的运行轨道，提出迄今为止最有说服力的证据：银河系中心隐藏着一个看不见的超大质量物体。黑洞是唯一可能的解释。
聚焦中心

五十多年来，物理学家一直在怀疑，银河系的中心可能存在一个黑洞。自从二十世纪六十年代初发现类星体以来，物理学家就推测，大多数大型星系（包括银河系）的内部可能存在超大质量黑洞。但是，目前尚无人能解释，星系和它们的黑洞，到底是如何形成的。
一百年前，美国天文学家Harlow Shapley率先确定了银河系的中心，指向人马座。在后来的观测中，天文学家发现那里有强大的无线电波源，他们把这个无线电波源称为“人马座A*”。等到二十世纪六十年代末，人们发现人马座A*占据了银河系中心，银河系内的所有恒星都围绕其运行。
但一直到二十世纪九十年代，我们才有了更大的望远镜和更好的设备，可以对人马座A*进行更为系统的研究。Reinhard Genzel和Andrea Ghez 分别启动了各自的项目，试图透过厚厚的尘埃云观察银河系的中心。他们和自己的研究团队一起，开发和完善各自的技术，构建独特的仪器并投身于长期的研究。
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在美国，Andrea Ghez和她的研究团队使用了位于夏威夷莫纳克亚山的凯克天文台。该天文台拥有两座口径约10米的望远镜，是目前世界上最大的望远镜之一。每面镜片都像一个蜂巢，由36个六边形的部分组成，可以单独控制，以更好地聚焦星光。
星星指路
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最靠近银河系中心的恒星：这两颗恒星的轨道是迄今为止最令人信服的证据，证明在人马座A*中隐藏着一个超大质量黑洞。据估计，这个黑洞的质量约为太阳质量的400万倍，而所有这些质量都挤压在一个不比太阳系大多少的区域内。
左上：天文学家测量了银河系中心人马座A*附近一些恒星的轨道；右上：对其中一颗恒星S2（或称S-02），天文学家成功绘制了其完整的轨道，发现其围绕银河系中心的周期不到16年。该恒星最靠近人马座A*时，距离仅为大约17光时（100亿公里以上）。左下：S2的径向速度会随着其接近人马座A*而增加，并随其在椭圆形轨道上的运行而逐渐下降。径向速度是恒星速度在我们视线上的分量。右下：在最靠近人马座A*（2002年和2018年）时，恒星S2的速度达到最高的每秒7000公里。
无论望远镜有多大，它们所能分辨的细节总是有限的，因为在我们上方，是将近100千米厚的大气层。望远镜上方的大气泡往往比周围环境的温度更高或更低，它们就像透镜，能使光线在到达望远镜镜面时发生折射，从而扭曲了光波。这就是星星闪烁的原因，也是星空图像模糊的原因。
自适应光学技术的出现对天文观测的改善至关重要。现在，望远镜上都安装了一个额外的薄镜片，用以补偿空气的湍流，并校正扭曲的图像。