本文发表于《科学通报》第65卷第36期，由国家天文台苟利军研究员及其研究生冯叶、赵雪杉撰写，对2020年度诺贝尔物理学奖进行解读。
北京时间2020年10月6日18时, 诺贝尔物理学奖在万众瞩目中揭开了帷幕. 在瑞典首都斯德哥尔摩, 瑞典皇家科学院宣布将2020年度诺贝尔物理学奖颁给揭开黑洞奥秘的3位科学家, 他们分别是英国牛津大学的罗杰·彭罗斯(Roger Penrose)、德国马-普地外物理研究所(Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics)和美国加利福尼亚大学伯克利分校的赖因哈德·根策尔(Reinhard Genzel)以及美国加利福尼亚大学洛杉矶分校的安德烈娅·盖兹(Andrea Ghez)(图1). 彭罗斯因为发现黑洞的形成是广义相对论的有力预测而获奖, 根策尔和盖兹因为发现银河系中心的超大质量致密天体而获奖. 值得一提的是, 这是诺贝尔物理学奖近4年内第3次颁给天体物理学领域, 同时也是黑洞领域首次获此殊荣. 下面将对诺贝尔物理学奖颁给黑洞这一领域进行简要的解读.![]()
英国小说家艾格尼丝·艾伦(Agnes Allen)曾经说过, “几乎所有的事物都是进去容易出来难”, 这句话用来形容黑洞再贴切不过. 当一颗恒星的生命即将走到尽头, 在引力的作用下, 它逃不开的宿命是演变为3种致密天体之一: 白矮星、中子星或者黑洞.
黑洞是宇宙中引力很强的空间区域. 在它附近,宇宙中速度最快的光(c=2.99792458×108 m/s)也无法逃脱, 它对吞入自身的所有秘密都守口如瓶; 它叛逆, 在奇点处, 它将经典理论的平衡束缚打破; 它霸道, 在它附近, 就连时间的流速也甘于向它屈服. 如此奇异又神秘的存在让天文学家们前赴后继, 不断地做一个个“追光者”, 迫切地想离黑洞的秘密近一些, 再近一些.
在追寻黑洞的这条路上, 人类经历了长达一个多世纪漫长岁月的洗礼. 早在18世纪末, 法国数学家皮埃尔·西蒙·德·拉普拉斯(Pierre Simon de Laplace)以及同时代的英国数学家约翰·米歇尔(John Michell)就基于经典的牛顿万有引力定律,首次提出了“暗星”的概念, 意外地种下了黑洞雏形的种子. 1915年是人类历史上至关重要的一年, 这一年, 阿尔伯特·爱因斯坦(Albert Einstein)[1]提出了广义相对论引力场方程. 几个月之后的1916年, 卡尔·史瓦西(Karl Schwarzschild)[2]推导出了爱因斯坦场方程的一个真空解, 预言了黑洞的存在.而在接下来的几十年中, 因为战争的影响, 黑洞的理论研究几乎处于停滞状态, 探测工作也没有太大的进展, 除了少有的一个工作. 那是在1939年, 美国理论物理学家朱利叶斯·罗伯特·奥本海默(Julius Robert Oppenheimer)和美国物理学家哈特兰·史奈德(Hartland Sweet Snyder)[3]发现, 恒星在死亡坍缩的时候,如果引力超过中子简并压, 恒星就会发生坍缩形成黑洞. 因为之前史瓦西得到的是一个没有转动的黑洞解, 但众所周知, 天体都是有转动的, 所以直到1955年去世之前, 爱因斯坦都不相信黑洞是真实存在的(即使他的理论预言了黑洞). 不过, 突破很快就到来了. 1963年, 新西兰数学家罗伊·帕特里克·克尔(Roy Patrick Kerr)[4]计算得到了旋转黑洞的精确解. 就在同一年, 荷兰天文学家马尔滕·施密特(Maarten Schmidt)[5]利用海尔望远镜(Hale)观测得到射电源3C 273的光谱, 证认出其中的宽发射线实际上是红移后氢的巴尔末线和电离氧的谱线, 从而确认类星体(quasar)产生于一块非常致密且高速运动的区域. 之后不久的 1964年, 苏联理论天文学家雅可夫·泽尔多维奇(Yakov Zeldovich)和俄罗斯理论天文学家伊戈尔·德米特里耶维奇·诺维科夫(Igor Dmitriyevich Novikov)[6]以及奥地利-澳大利亚-美国天文学家埃德温·萨佩特(Edwin Ernest Salpeter)[7]分别推测, 类星体可能是由吸积气体的超大质量黑洞(supermassive black hole)驱动的. 同样是1964年, 美国科学家利用探空火箭Aerobee在X射线波段的观测,发现了人类历史上第一个恒星级质量的黑洞候选体——天鹅座X-1(Cygnus X-1)[8]. 短时间内理论和观测的双重突破, 激发了众多科学家对黑洞研究的兴趣, 包括此次获得诺贝尔物理学奖的英国数学物理学家罗杰·彭罗斯. 1965年, 彭罗斯[9]划时代的学术论文“Gravitational collapse and space-time singularities”问世, 他通过引进巧妙的数学方法, 从理论上证明了黑洞的存在. 并且, 相比奥本海默之前所做的球对称坍缩的工作, 彭罗斯的工作进一步推广到了非球对称的情况. 1969年, 英国天文学家唐纳德·林登贝尔(Donald Lynden-Bell)[10]提出, 银河系中心可能包含一个超大质量黑洞, 但这一观点缺乏证据, 因为银河系核心被星际尘埃遮蔽着, 只能作为相对微弱的射电源被探测到. 1970年, 英国理论物理学家斯蒂芬·威廉·霍金(Stephen William Hawking)和彭罗斯[11]又进一步对黑洞和宇宙奇点给出了更为严格的证明, 他们的理论如今被称为彭罗斯-霍金奇点定理(Penrose–Hawking singularity theorems). 1973年, 霍金和澳大利亚理论物理学家布兰登·卡特(Brandon Carter)等人[12]严格证明了黑洞的无毛定理(no hair theorem). 1974年, 霍金[13]将量子力学的不确定性原理应用于事件视界后, 发现黑洞可以产生非常微弱的辐射, 这就是后来知名的霍金辐射(Hawking radiation). 20世纪90年代初, 德国天文学家赖因哈德·根策尔[14]和美国天文学家安德烈娅·盖兹[15]各自领导着一个天文学团队, 进行了长达10余年的观测,分别发现了银河系中心超大质量黑洞人马座A*(Sagittarius A*, 简称Sgr A*)的存在. 2015年,激光干涉引力波天文台(Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory, LIGO)首次探测到了由双黑洞并合产生的引力波[16], 为黑洞的存在提供了新的证据.而在黑洞成像方面, 经过天文学家们10多年的持续努力, 在2019年,事件视界望远镜(Event Horizon Telescope, EHT)公布了人类历史上的首张黑洞照片[17], 我们终于能够一睹黑洞的芳容. 至此, 人类经过百余年的奋斗, 终于从理论和观测上证明了黑洞的存在, 得以一窥黑洞之秘. 在这里, “黑洞”这个名字也值得一提.“黑洞”一词的诞生要归功于美国普林斯顿大学的相对论大师约翰·惠勒(John Wheeler). 20世纪70年代,他开始在报告和著作中广泛使用“黑洞”, 来代替此前常用的“引力坍缩星”一词. 正是由于他的大力倡导使用, “黑洞”一词才日渐流行并广为人知.德国理论物理学家马克思·波恩(Max Born)曾赞誉广义相对论为“人类认知自然的最伟大的业绩”. 除了爱因斯坦之外, 还有一个人对广义相对论的贡献不可磨灭. 毋庸置疑, 那个人就是此次获得诺贝尔物理学奖的罗杰·彭罗斯. 他在广义相对论的基础上做出了一系列与奇点相关的开创性工作, 他的工作证明了奇点不仅仅是广义相对论的一个数学解, 同时也可以在物理上通过一般条件演化得到.1931年, 彭罗斯出生于英国埃塞克斯郡科尔切斯特小镇的一个艺术与科学相结合的世家. 深受家族艺术与科学的熏陶, 彭罗斯表现得卓尔不凡, 他不仅在数学和物理学领域有着卓越的贡献, 同时还对计算机、哲学等领域有所涉猎, 造诣颇高, 可谓是一个传奇式人物. 除了《旋量与时空》(Spinors and Space-time)这部倾注了他大量心血的学术著作之外, 他还是一位著作等身的科普作家. 他的科普著作《皇帝新脑》(The Emperor’s New Mind)、《通向实在之路》(The Road to Reality)、《宇宙的轮回》(Cycles of Time)、《时空本性》(The Nature of Space and Time)等都堪称不朽佳作, 启蒙了一代又一代的青年.历史的重大转折点发生在1965年1月18日, 在这一天, 彭罗斯[9]的学术论文“Gravitational collapse and space-time singularities”正式发表. 在此之前, 虽然爱因斯坦的广义相对论从理论上预言了黑洞的存在, 但就连爱因斯坦本人都对黑洞究竟是否存在持怀疑态度. 史瓦西解和克尔解都是在球对称这一理想的假设前提下得到的, 但是实际情况很难如此完美. 一直以来, 学界都对黑洞是否仅仅只是广义相对论的数学产物抱有巨大的争议. 彭罗斯以他超凡的才智, 完美地结束了这场长达几十年的争议. 他在论文中提出,黑洞可以形成, 在黑洞的中心藏匿着一个奇点(singularity), 奇点的形成与球对称性的前提假设毫无关联. 只要时空当中存在二维的俘获面(trapped surface), 时空奇点的出现就将是必然的, 这便是著名的奇点定理(singularity theorems)[9](图2). 正是这一伟大定理的提出, 让彭罗斯获得了2020年度诺贝尔物理学奖. 之后, 在彭罗斯于英国剑桥大学的一次报告中, 霍金首次听到了奇点定理. 这一定理引起了霍金极大的兴趣. 他提出, 奇点不应当仅仅存在于黑洞中, 在宇宙学领域中也应该存在, 也就是宇宙大爆炸(big bang)的初始状态. 此后, 霍金和彭罗斯[11]展开了合作, 历经5年的时间, 将限制条件放宽, 对奇点定理的适用性进行了完善, 也就是后来的彭罗斯–霍金奇点定理.![]()
图2 以彭罗斯1965年论文的配图为基础, 示意了大质量恒星的球对称坍缩情形, 对不对称坍缩也同样适用. ©JohanJarnestad/The Royal Swedish Academy of Sciences什么是奇点? 简要来讲, 在持续引力坍缩的终点, 一个物体所有的质量全部收缩到了一个点, 我们把这样的点称为奇点(图3). 在奇点处, 包括广义相对论在内的所有经典引力理论都将毫无用处. 物质距离奇点越近, 受到的引力就越强, 直到某一个位置, 将再也无法逃脱引力的束缚, 这个距离的界限就是事件视界面(event horizon). 事件视界面是一个用数学方式定义的球面, 直观来讲, 它被定义为连光也无法逃脱的区域边界, 并不是一个真实存在的实体面. 经典情况下的视界面半径为RSch=2GM/c2, 也就是我们熟知的史瓦西半径(Schwarzschild radius). 广义相对论中的爱因斯坦场方程Gμυ=8GNTμυ/c4将时空曲率与引力场完美地联系起来. 惠勒曾将时空与质量的关系凝练地概括如下: 质量作用于时空, 告诉它如何弯曲, 而时空作用于质量, 告诉它如何移动. 如果将这种相互作用的关系可视化, 将时空类比于一张网膜, 质量则是网膜上的点缀. 质量会带来网膜的凹陷, 象征着物质周边因为质量而产生的引力势阱. 像黑洞这般致密的天体会对时空网膜造成剧烈的形变, 使其周围的时间流速、光的路径都与在闵可夫斯基时空(Minkowski space)中截然不同.![]()
图3 黑洞内部的示意图. ©Johan Jarnestad/The Royal Swedish Academy of Sciences随着奇点定理的提出, 很快, 学界开始意识到广义相对论在描述黑洞内部时空演化的不可预测性会带来物理学上的“灾难”——裸奇点(naked singularity). 裸奇点的存在会带来一种可能: 允许信息向外逃离, 进而被远距离处的观察者看到, 而这种可能非常令人担忧. 为了解决这一“灾难”, 1969年, 彭罗斯[18]又提出了另一个非常了不起的论点——宇宙监督假设(cosmic censorship hypothesis), 即除了宇宙大爆炸的奇点之外,宇宙中禁止其他的裸奇点存在. 这意味着其他所有的奇点都很好地隐藏在黑洞事件视界面之下. 简单来说, 这一假设保证了广义相对论在除奇点以外其他地方的普适性.那为何诺贝尔物理学奖在彭罗斯1965年提出奇点定理的50余年后才颁给了黑洞领域呢? 笔者认为, 很有可能与近年来黑洞领域取得的一些突破性进展有关联. 在过去的几十年中, 尽管研究成果不断累积, 但我们仍未能得到证明黑洞存在的直接观测证据. 2015年9月14日, LIGO首次探测到双黑洞并合引力波事件, 让我们听到了黑洞并合时的声音, 也确认了黑洞的存在. 截至2020年3月, LIGO已经运行了3个轮次, 总共探测到具有不同置信度的72例黑洞并合事件, 其中包括5例黑洞与中子星的并合事件. 而在2017年4月6~10日, 事件视界望远镜的国际合作团队利用全球8个毫米波望远镜(JCMT、SMA、SMT、LMT、APEX、ALMA、PV、SPT)组成的干涉阵列, 拍摄了银河系中心黑洞人马座 A*和椭球星系M87中心黑洞, 希望直接得到中心黑洞的照片. 历经2年的数据处理, 终于在2019年4月10日, 事件视界望远镜团队[17]公布了人类历史上的首张黑洞照片——M87中心的黑洞照片, 让我们结束了只闻其音、不见其形的阶段, 直接“看”到了黑洞. 这或许也是黑洞得以问鼎诺贝尔物理学奖的另外一个助力. 因为大量气体的存在以及光变时标很短的缘故, 银河系中心的黑洞照片后期处理需要的时间更长, 处理难度更具挑战性. 对于已经发布的M87中心的黑洞照片, 通过对黑洞阴影以及环绕黑洞阴影的南北亮度不对称的光环尺寸进行测量,最终得到星系M87的中心黑洞质量为65亿倍太阳质量(1M⊙=1.9891×1030kg). 首张黑洞照片的出现引起了极大的轰动, 这是首个能够证明黑洞存在的强有力的直接观测证据, 意义非凡.历经百余年的检验, 诺贝尔物理学奖颁给黑洞可谓是实至名归.前文所述的天鹅座X-1实际上是一个X射线双星系统, 其中包含一颗恒星级质量黑洞. 这种黑洞是大质量恒星演化末期的产物, 质量通常只有太阳质量的几倍到几十倍. 据估计, 银河系中应该存在着上亿个恒星级质量的黑洞. 我们认为, 宇宙中还普遍存在着另一种黑洞——超大质量黑洞, 几乎每一个星系的中心都有一个. 它们是宇宙中的庞然大物, 质量远高于恒星级质量黑洞, 可以达到106M⊙以上. 质量介于两者之间的黑洞被称为中等质量黑洞, 然而, 天文学家们一直没有找到能够证明它们存在的直接观测证据. 但就在前一段时间, 引力波探测器又发现了一例双黑洞并合事件GW190521, 并合后黑洞的质量达到142M⊙, 这是人们观测到的第一个中等质量黑洞[19].说到超大质量黑洞, 很自然地需要从类星体讲起. 20世纪60年代, 3C 273的发现是黑洞研究史上的一次里程碑式的事件[15]. 随后又接连发现了许多类似的天体, 天文学家们将之统称为类星体, 现在我们知道它们是活动星系核(active galactic nucleus, AGN). 类星体表现出了奇异的观测特征, 它们距离遥远(例如3C 273, 它的红移高达z=0.158)、光度变化迅速(这意味着它们应当有着单一的引擎)、辐射区域尺寸很小(<1014~1015cm), 但光度惊人(典型的光度可以达到1046 erg/s). 1964年, 泽尔多维奇和诺维科夫[6]以及萨佩特[7]分别提出, 类星体的中心引擎可能是吸积气体的超大质量黑洞. 很显然, 恒星的核聚变反应不足以提供如此庞大的能量, 而爱因斯坦的引力理论刚好可以对此进行完美的解释. 1969年, 唐纳德·林登贝尔[10]进一步提出, 那些没有活动星系核寄宿的星系中心也可能存在着黑洞, 但由于缺乏供以吸积的气体, 这些星系核将会处于休眠状态. 林登贝尔和马丁·里斯(Martin Rees)[20]在随后发表的文章中也指出, 银河系中心应该存在一个超大质量黑洞. 基于这些理论, 天文学家们对超大质量黑洞展开了一系列卓有成效的研究, 试图寻找它们存在的观测证据.给银河系中心最内区拍照似乎是证明超大质量黑洞存在的最直接手段, 但毋庸置疑, 以当时仪器的角分辨率来看, 这是一项不可能完成的任务. 观测银河系中心本身就是一件极富挑战性的事情. 由于太阳系位于银河系的银盘上, 在地球与银河系中心之间密布着由气体和尘埃组成的星际介质,它们像雾霾一样遮蔽着我们的观测视野, 可见光无法探测, 只有射电、X射线、伽马射线和部分近红外光才能够穿透遮挡. 与此同时, 银河系中心附近运动的尘埃团块会对光子进行散射, 使其偏离预期轨道, 而这种散射效应对低频光的影响比高频光更为明显.对银河系中心的观测和探索起源于一次意外. 20世纪30年代初, 美国的工程师、天文学家卡尔·古特·央斯基(Karl Guthe Jansky)在一次越洋电话中发现了一个来源不明且周期性出现的噪声源. 通过使用自制天线, 他对噪声源进行了仔细的测量和分析. 他将这些射电辐射的来源定位于银河系中心附近, 也就是人马座所在的方向. 1974年, 两位美国天文学家布鲁斯·贝里克(Bruce Balick)和鲍勃·布朗(Bob Brown)[21]在银河系中心极小的区域内观测到了一个致密的明亮射电源, 它随后被布朗命名为人马座A*. 穿过银河系中心的气体云, 它们的行为模式符合被一些极重极小物体吸引的情形, 但那时还没有出现决定性的观测证据, 天文学家们无法判断银河系中心的天体究竟是否是一个超大质量黑洞. 直到20世纪90年代, 随着科技的发展, 出现了更为精密、先进的探测仪器, 天文学家们开始尝试对人马座A*进行系统性的研究. 赖因哈德·根策尔和安德烈娅·盖兹分别领导着不同的团组, 他们主要在近红外波段进行观测(EHT的观测波段主要为1.3 mm), 尝试穿透气体和尘埃窥探银河系中心, 长期追踪人马座A*附近恒星的运动轨迹.为了更好地收集遥远恒星发出的光, 看清更小的细节, 两个团组都选用了大口径的光学望远镜, 并配备了红外照相机. 根策尔隶属于德国马-普地外物理研究所, 他带领的德国团队首先选用位于智利的3.5 m新技术望远镜(New Technology Telescope, NTT), 随后又使用同样位于智利的甚大望远镜(Very Large Telescope, VLT). VLT架设在海拔2600 m以上的帕瑞纳天文台(Paranal Observatory), 由4台口径为8.2 m的望远镜组成. 盖兹来自美国加利福尼亚大学洛杉矶分校,她率领的美国团队使用了位于夏威夷莫纳克亚山顶峰(海拔4200 m以上)的W.M.凯克天文台(W.M. Keck Observatory). 凯克望远镜由两台口径为10 m的望远镜组成, 每台望远镜的镜面都由36面六角形镜片拼接组合而成. 但无论望远镜的口径有多大,大气湍流都会对架设在地面的望远镜造成影响, 它们会折射星光, 模糊图像. 为了补偿大气湍动对波前造成的形变, 两个团组最先发展了一种叫做斑点成像(speckle imaging)的技术, 就是从多次短时曝光的照片中挑选出图像良好的照片叠加在一起, 以此提高分辨率. 但这项技术最大的问题在于速度慢, 需要进行多年的巡天才能为少数的恒星提取速度信息. 直到20世纪90年代末, 自适应光学技术(adaptive optics)的出现改变了这一状况. 两个团组发展和使用了这一先进的技术, 首先借助观测一颗“导星”——一颗邻近的恒星, 或借助强激光在上层大气中制造的人工点源的已知位置和亮度, 用于计算瞬时大气湍流的影响. 同时, 他们为望远镜安装了可以快速变形的柔性镜, 镜面后装有促动器. 根据此前计算得到的信息, 可以在计算机的控制下对镜面形状进行实时调整, 改善扭曲的成像, 使望远镜几乎可以达到衍射极限的分辨率.两个团队都重点关注了一颗被称为S2(又称S-02)的恒星, 它在环绕人马座A*的椭圆形开普勒轨道上运行,近心点距离仅为17光时, 绕转周期仅为15.2年, 因此有可能绘制出它完整的运行轨道. 2002年, 根策尔团队[14]展示了为期10年的高分辨率近红外观测成像.根据观测数据, 计算得到银河系中心的质量约为(3.7±1.5)×106M⊙. 而在2008年盖兹等人[15]发表的论文中, 将中心质量精确地限制为(4.5±0.4)×106M⊙. 两个团组的研究结果表明,银河系中心极小区域内存在着一个看不见的、质量极大的点状物体, 它的引力操控着周围恒星的运动轨道. 出于谨慎, 此次诺贝尔物理学奖表彰根策尔和盖兹发现了银河系中心“超大质量致密天体”, 但就目前的科学认知而言, 超大质量黑洞可以算是最合理的解释.对银河系中心的研究从未停歇, 第二代甚大望远镜干涉仪上的仪器GRAVITY也于2016年投入使用.VLT/GRAVITY可以将来自VLT的光结合起来, 它的角分辨率等效于一台口径为130 m、有效面积为200 m2的望远镜[22]. 它能在近红外波段进行20~70 μas的窄角天体测量和3 mas分辨率的干涉成像, 为我们带来了比VLT更精细的视野, 开启了光学干涉的新时代. 2018年5月, 在S2运动至最靠近黑洞之时, 根策尔团队[23]将VLT/GRAVIT指向银河系中心, 监测了S2的运动.和之前S2的观测数据相比, 它的运动轨迹与广义相对论的预言更为相符. 与此同时, 精密的观测设备也使得团队首次测量到了中心黑洞对S2恒星光线所产生的引力红移效应. 2019年, 盖茨团队[24]利用独立的数据验证了这一效应.超大质量黑洞是宇宙中至关重要的一员, 它的引力主导着周围天体的运动状态, 它吸积周围存在的气体和尘埃,并通过辐射、喷流等方式对星系进行反馈, 与星系共同演化. 根策尔和盖兹分别发展和完善了新技术, 拓展了观测极限, 对观测目标进行了为期数十年的耐心观测, 揭开了银河系中心超大质量黑洞的神秘面纱, 获此殊荣, 实至名归. 值得一提的是, 盖兹是继玛丽·居里(Marie Curie, 1903年获奖)、玛丽亚·格佩特-梅耶(Maria Goeppert-Mayer, 1963年获奖)和多娜·斯特里克兰(Donna Strickland, 2018年获奖)之后, 第四位获得诺贝尔物理学奖的女性, 这大大鼓舞了在科学研究领域奋斗的女性工作者.正是罗杰·彭罗斯开创性的理论工作以及之后赖因哈德·根策尔、安德烈娅·盖兹和其他科学家们持续不断的努力, 才让我们认识到黑洞在宇宙中普遍存在. 至此, 广义相对论的两大预言——引力波和黑洞均已获得诺贝尔物理学奖. 那么, 其他有关虫洞的预言是否可能? 这完全取决于未来的观测证据.再次回到此次诺奖. 虽然黑洞获得了诺奖, 但对黑洞的研究还远未结束, 还有众多的问题亟待解决. 比如, 黑洞内部的结构如何? 在黑洞中心的奇点处, 广义相对论将失效, 究竟需要什么样的理论来描述? 而今, 尽管有不少的量子引力理论已经被提出, 这些理论的正确性还尚需未来观测数据的验证, 很可能黑洞附近小尺度的观测数据将会起到重要作用. 目前, 由于技术的限制, 我们还只能在一个大的尺度上观测黑洞. 黑洞天文学方兴未艾, EHT将继续升级(角分辨本领有望达到1 μas), 并持续发挥出至关重要的作用. 下一代望远镜也已经在建设当中. 相信未来将获得更多高精度的黑洞观测资料, 我们也有望发现更多有关黑洞的奥秘.致谢 感谢国家重点研发计划(2016YFA0400804)、国家自然科学基金(U1838114)和中国科学院战略性先导科技专项(B类)(XDB23040100)资助.中国科学院国家天文台研究员, 恒星级质量黑洞研究团组首席科学家, 中国科学院大学天文学教授. 《中国国家天文》杂志执行主编, 北京天文学会副理事长. 主要研究兴趣为高能天体物理, 包括黑洞、引力波和伽马射线暴等. 2011和2020年分别对人类历史上第一个黑洞X射线双星系统天鹅座X-1的质量和自旋做出了最为精确的测量.
【推荐阅读文献】
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1.黑洞信息佯谬