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关于宇宙科学家有了新发现

导语:2020是艰难的一年。然而,天文学领域仍然取得了令人瞩目的成就。在黑洞、磁高速射电暴、中微子、恒星、太阳系天体探索等方面取得了重大突破。以下就是一些重要事件的总结。

2020年科学发现

1、黑洞问题

关于黑洞问题,来自英国、美国和德国的3位科学家因理论和观测研究的结果获得了诺贝尔物理奖;美国和欧洲的引力波探测器发现了中等质量黑洞的最有力证据。

2、磁星活动

关于磁星和快速射电暴,加拿大、美国、中国等国的合作研究小组分别观察到银河系中的一颗磁星,揭示了磁星活动、软伽玛射线爆发和快速射电暴之间的内在联系。

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3、太阳粒子

由意大利团队领导的国际合作小组首次发现太阳内部碳-氮-氧循环过程所产生的中微子,证实了太阳标准模型的核心理论之一;由日本团队领导的T2K小组发现了中微子振荡数据中CP破坏的迹象,为解释宇宙中正反物质不相等提供了新线索。

星体科学领域,由英国剑桥大学团队领导的国际合作小组公布了Gayya卫星获得的20亿颗恒星的精确位置、距离、运动、颜色等信息。

4、天体探索

就太阳系内天体探索而言,中国的火星探测器“天问1号”已经升空,中国的“嫦娥5号”采集到了月球土壤;日本的“神鸟2号”带回了小行星“龙宫”的土壤;美国的“冥王号”采集到了小行星“贝努”的土壤。

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Penros,Genzel与Giiz分享了2020年度诺贝尔物理奖

1、Penros,Genzel与Giiz的获奖理由

明年十月六日,瑞典皇家科学院宣布2020年诺贝尔物理奖将由3名科学家共享,其中一半授予英国科学家罗杰·彭罗斯,另一半授予德国科学家雷恩哈德·根泽尔(ReinhardGenzel)和美国科学家AndreaGhez。

授予彭罗斯奖的理由是,他发现黑洞的形成是广义相对论的可靠预言。换言之,彭罗斯证明:“在广义相对论的框架下,黑洞一定会形成。”彭罗斯在1965年发表了这项突破性的研究成果,当时爱因斯坦已经去世10年。

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2、Penros,Genzel与Giiz的学术研究

关于“黑洞能否形成”这一问题,学术界一直存在分歧。在彭罗斯的研究中,有一些物理学家认为:在球对称的情况下,黑洞会形成;但是,当球对称的假设不满足时,黑洞可能无法形成。Penrose的研究重点在于:他证明了无论对称不对称都会形成黑洞。

除获奖的成就外,彭罗斯所采用的数学方法也在很大程度上改变了广义相对论的数学框架,成为50多年来的主流模型。

Genzel与Giiz为这两人领导的团队“发现了银河系中心的超大质量致密天体”。虽然严格意义上的致密天体使人有了多种解释模式,但人们普遍认为银河系中心的高密度天体实际上是黑洞。

3、Penros,Genzel与Giiz的观测结果

Genzel的观测首次提供了银河系中心超大质量黑洞的初步信息,Gierzer小组利用位于夏威夷的凯克望远镜进行的精确红外线测量计算出了这个超大质量黑洞的质量。这个黑洞目前被认为是太阳质量的420万倍。

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凯克望远镜的口径是10米,GTC望远镜虽然略小于10.4米,但是光学望远镜中最大的光面,因此也是世界上最大的光学望远镜。Kek望远镜利用自适应光学技术消除大气抖动对观测的影响,其成像清晰度可与哈勃空间望远镜媲美。

从理论上讲,某些质量过大的物体在演化结束时会收缩成黑洞,或者在爆发的同时变成超新星。这种黑洞叫作“恒星级黑洞”。在早期宇宙中,有些恒星级黑洞不断合并,吞噬周围的物质,最终发展成通常位于星系核心的超级大黑洞。

在某些星系核心,黑洞吞噬周围的物质成为“活动星系核”。这个星系中心的黑洞目前几乎吃掉了周围的一切物质,并且基本上处于休眠状态。

磁,快射电暴和软伽玛重复暴的关系

1、三者的活动

在银河系中,一颗磁星进入活动期,经常发射软伽玛射线和X射线,这种重复爆发被称为"软伽玛重复暴"(softgamma-rayrepeaters,SGR)。因此该磁星被命名为SGR1935+2154,英文后面的数字表示它的位置。

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STARE2小组的成员指出,该射电暴位于星系内部,并计算出在同样时间内,该爆发发出的能量是蟹状星云中的脉冲星的4千倍,是之前被发现的快速射电暴中最弱的一次,因此被列为快速射电暴。

FRB是快速射电暴的英文缩写,这个编号是FRB200428,数字表示发现日期。以前,天文学家已经发现许多持续时间只有几个毫秒量级的快速射电暴,全部位于星系之外。FRB200428是在星系中发现的第一个快速射电暴。

2、对三种物质联系的研究

中国的硬X射线调制望远镜(“慧眼”,Insight-HXMT)和欧洲的伽玛射线/X射线探测器INTEGRAL同时发现了这颗磁星产生的X射线爆发。

另外一个由多家中国机构主导的团队,在2020年4月15日至28日期间,使用中国500米口径射电望远镜(FAST,“天眼”)对磁星进行了近8小时的监测。这个将近8小时的监测分为四个阶段,没有一个检测到无线电发射,因此给出了非常严格的流量上限。在CHIME和STARE2观测到的快速射电暴中,天眼完成了第三次和第四次观测的间隔期。

天眼第三次观测中,伽玛射线观测到29次来自该磁星的伽玛射线爆发。此外,在此基础上,还观察到一次软伽玛射线爆发,结果是:在该磁星的30次软伽玛射线爆发中,只有1次伴随着快速的射电暴。这一结果不仅证明了磁星能产生快速射电暴(1/30),而且还能给快速射电暴带来重复的软伽玛射线。

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结语:黑洞是宇宙中最神秘的天体之一,它位于黑洞附近的某一区域内,即使最快的光也无法逃脱,这一区域的边界被称为“事件视界”,事件视界之内的区域就是黑洞。对于黑洞的研究使得我们人类可以快速了解宇宙。

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