2019年，第一张黑洞照片面世。2020年，瑞典皇家科学院将诺贝尔物理学奖的一半授予罗杰·彭罗斯（Roger Penrose），以表彰其给出的黑洞形成的证明；另一半授予雷因哈德·根泽尔（Reinhard Genzel）和安德里亚·格兹（Andrea Ghez），以表彰他们在银河系中心发现超大质量的致密天体。

近些年来，越来越多的人接触到“黑洞”一词并对此感兴趣。那么，黑洞究竟是什么？人类现在对黑洞了解有多少？

在5月27日下午的第十二期深中博士讲堂中，胡剑老师带来了题为“宇宙中最神秘的天体——黑洞”的讲座，从理论和观测两方面介绍了人类对黑洞的探索历程，解答了同学们关于黑洞的疑问。

讲座内容生动有趣，让在场的同学们受益匪浅。深圳中学校长朱华伟教授以及众多老师也参加了讲座。

主讲人简介

胡剑老师

清华大学物理学博士，曾在德国马普天体物理研究所从事博士后研究，回国后在清华大学和中科院国家天文台从事过天体物理学教学与研究工作，2019年来深中工作。目前任国际部物理教师、天文竞赛主教练、北京大学—深圳中学天文创新实验室负责人。

胡剑老师开讲

讲座开始，胡剑老师从去年的诺贝尔物理学奖谈起，简要地介绍了三位获奖得主以及他们的科学贡献，激起了同学们对黑洞的兴趣。

接下来，胡剑老师从同学们都熟知的万有引力和逃逸速度说起，提出“逃逸速度是否能大于光速”的问题，引出了“暗星（Dark Star）”的概念，并通过史瓦西的球对称引力场方程解，介绍了广义相对论中的黑洞概念。在解释球对称引力场的解时，胡剑老师将黑洞周围的时空比作瀑布中的水流，将物体比作小鱼，生动形象地说明了什么是黑洞的视界。

胡剑老师接着给大家介绍了恒星的演化过程图以及等质量的红巨星、太阳、中子星和黑洞的大小示意图，使同学们更为直观地认识到黑洞的致密性。

胡剑老师从恒星坍缩的角度向大家解释了黑洞的形成是不可避免的。但是，这种证明因为太理想化而被许多人认为理论上可行但实际不可行。然而，罗杰·彭罗斯（Roger Penrose）通过拓扑学方法，证明了自然界可以产生奇点。胡剑老师以气球放气为例，模拟现实中恒星坍缩，解释了在非球对称性的情况下黑洞仍然可以形成。随后，胡剑老师还简要介绍了“黑洞不黑”的霍金辐射理论。

在黑洞观测的部分，胡剑老师首先介绍了光学观测到的超新星爆炸，以及银河系内的X射线源，又通过X射线双星向同学们讲解了测量黑洞质量的方法。

在银河系外还有射电星系和类星体。类星体看上去和恒星一样是点光源，但它们的光谱与恒星完全不同，它到底是什么？胡剑老师告诉大家，类星体是在快速远离地球的遥远天体，它们的光度远远超过普通星系。天文学家经过研究认为，类星体的中心是一个超大质量的黑洞，通过吸积周围物质而释放出巨大的能量。

既然别的星系中心有超大质量黑洞，那么银河系中心有吗？可见光学观测是行不通的，星际尘埃将银河系中心挡得严严实实，只能从红外波段进行观测。再加上自适应光学技术解决了大气湍流造成的成像模糊问题，人们才得以观测银河系中心的天体。通过对银河系中心恒星轨迹长达二十多年的精密测量，赖因哈德·根策尔和安德烈娅·盖兹两个团队确认银河系中心存在一个超大质量的致密天体，并因此获得了诺贝尔物理学奖。

胡剑老师还简单介绍了银河系的Gamma泡泡和黑洞的第一张照片。天文学家还发现，黑洞的质量与星系的质量成正相关，提出了黑洞与星系共同演化的问题，引发了同学们的思考。