ABOUT THE SPEAKER
Andrea Ghez - Astronomer
Andrea Ghez is a stargazing detective, tracking the visible and invisible forces lurking in the vastness of interstellar space.

Why you should listen

Seeing the unseen (from 26,000 light-years away) is a specialty of UCLA astronomer Andrea Ghez. From the highest and coldest mountaintop of Hawaii, home of the Keck Observatory telescopes, using bleeding-edge deep-space-scrying technology, Ghez handily confirmed 30 years of suspicions of what lies at the heart of the Milky Way galaxy -- a supermassive black hole, which sends its satellite stars spinning in orbits approaching the speed of light.

Ghez received a MacArthur "genius grant" in 2008 for her work in surmounting the limitations of earthbound telescopes. Early in her career, she developed a technique known as speckle imaging, which combined many short exposures from a telescope into one much-crisper image. Lately she's been using adaptive optics to further sharpen our view from here -- and compile evidence of young stars at the center of the universe.

More profile about the speaker
Andrea Ghez | Speaker | TED.com
TEDGlobal 2009

Andrea Ghez: The hunt for a supermassive black hole

安德里亚·盖兹: 寻找超大质量黑洞

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基于凯克(Keck)望远镜的新数据,安德里亚·盖兹向我们展示了使用最尖端特技的自适应光学系统如何帮助天文学家去了解广袤宇宙中最神秘的物体:黑洞。她也出示了银河系中心可能潜伏着一个超大质量的黑洞的证据。
- Astronomer
Andrea Ghez is a stargazing detective, tracking the visible and invisible forces lurking in the vastness of interstellar space. Full bio

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00:15
How do you observe something you can't see?
0
0
3000
如何观察那些你看不见的东西?
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This is the basic基本 question of somebody who's谁是 interested有兴趣
1
3000
3000
对于有兴趣寻找和研究黑洞的人来说,
00:21
in finding发现 and studying研究 black黑色 holes.
2
6000
2000
这是个根本问题。
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Because black黑色 holes are objects对象
3
8000
2000
因为黑洞的引力极为强大,
00:25
whose谁的 pull of gravity重力 is so intense激烈
4
10000
3000
任何物体
00:28
that nothing can escape逃逸 it, not even light,
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13000
2000
包括光线,都不能逃脱。
00:30
so you can't see it directly.
6
15000
2000
所以你不能直接看到它。
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So, my story故事 today今天 about black黑色 holes
7
17000
3000
我今天要讲的黑洞
00:35
is about one particular特定 black黑色 hole.
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20000
2000
是关于一种特别的黑洞。
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I'm interested有兴趣 in finding发现 whether是否 or not
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22000
3000
我的兴趣在于是否
00:40
there is a really massive大规模的, what we like to call
10
25000
3000
存在一个特别巨大,我们称之为“超大质量黑洞”
00:43
"supermassive超大" black黑色 hole at the center中央 of our galaxy星系.
11
28000
3000
的黑洞存在银河系中心。
00:46
And the reason原因 this is interesting有趣 is that
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31000
3000
感兴趣的原因是
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it gives us an opportunity机会 to prove证明
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34000
3000
这将给我们一个机会去证明
00:52
whether是否 or not these exotic异国情调 objects对象 really exist存在.
14
37000
4000
是否这些奇特的物体是否真的存在。
00:56
And second第二, it gives us the opportunity机会
15
41000
2000
其次,这给我们一个机会
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to understand理解 how these supermassive超大 black黑色 holes
16
43000
3000
去了解这些特大质量黑洞是如何
01:01
interact相互作用 with their environment环境,
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46000
2000
与他们的环境进行互动,
01:03
and to understand理解 how they affect影响 the formation编队 and evolution演化
18
48000
3000
以及它们是如何影响到
01:06
of the galaxies星系 which哪一个 they reside居住 in.
19
51000
3000
所处宇宙的形成和演化
01:09
So, to begin开始 with,
20
54000
2000
言归正传,
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we need to understand理解 what a black黑色 hole is
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56000
3000
首先,我们必须理解黑洞是什么,
01:14
so we can understand理解 the proof证明 of a black黑色 hole.
22
59000
2000
这样我们才能理解黑洞存在的证据。
01:16
So, what is a black黑色 hole?
23
61000
2000
那么,黑洞是什么?
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Well, in many许多 ways方法 a black黑色 hole is an incredibly令人难以置信 simple简单 object目的,
24
63000
4000
从很多方面来说,黑洞是个简单到不可思议的物体,
01:22
because there are only three characteristics特点 that you can describe描述:
25
67000
3000
它只有三个特征可以测量:
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the mass,
26
70000
2000
质量
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the spin, and the charge收费.
27
72000
2000
角动量和电荷。
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And I'm going to only talk about the mass.
28
74000
2000
而我将只讨论质量。
01:31
So, in that sense, it's a very simple简单 object目的.
29
76000
3000
从这个意义上来说,它是非常简单的物体。
01:34
But in another另一个 sense, it's an incredibly令人难以置信 complicated复杂 object目的
30
79000
2000
但是,换个角度,它又是极其复杂的,
01:36
that we need relatively相对 exotic异国情调 physics物理 to describe描述,
31
81000
3000
以至于我们需要相对来说比较奇特的物理学来描述,
01:39
and in some sense represents代表 the breakdown分解 of our physical物理 understanding理解
32
84000
4000
在某种程度上还标识着我们对于宇宙的的物理认知的崩溃。
01:43
of the universe宇宙.
33
88000
2000
()
01:45
But today今天, the way I want you to understand理解 a black黑色 hole,
34
90000
2000
如今,为了让你了解黑洞
01:47
for the proof证明 of a black黑色 hole,
35
92000
2000
了解黑洞存在的证据,
01:49
is to think of it as an object目的
36
94000
2000
是把它看作一个
01:51
whose谁的 mass is confined受限 to zero volume.
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96000
3000
质量为零的物体
01:54
So, despite尽管 the fact事实 that I'm going to talk to you about
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99000
2000
尽管我将和你们谈谈关于
01:56
an object目的 that's supermassive超大,
39
101000
3000
超质量的物体
01:59
and I'm going to get to what that really means手段 in a moment时刻,
40
104000
2000
而对于这个物体,我将在后面进行阐述
02:01
it has no finite有限 size尺寸.
41
106000
3000
它没有大小。
02:04
So, this is a little tricky狡猾.
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109000
2000
这有点棘手。
02:06
But fortunately幸好 there is a finite有限 size尺寸 that you can see,
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111000
4000
但幸运的是你可以看到有限的大小,
02:10
and that's known已知 as the Schwarzschild史瓦西 radius半径.
44
115000
3000
这被称为史瓦西半径
02:13
And that's named命名 after the guy who recognized认可
45
118000
2000
它命名于史瓦西
02:15
why it was such这样 an important重要 radius半径.
46
120000
2000
他发现了为什么这个半径是如此重要
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This is a virtual虚拟 radius半径, not reality现实; the black黑色 hole has no size尺寸.
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122000
3000
这是一个虚拟的半径,而不是真实的;黑洞没有大小
02:20
So why is it so important重要?
48
125000
2000
那么,为什么这很重要呢?
02:22
It's important重要 because it tells告诉 us
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127000
2000
它重要是因为它告诉我们
02:24
that any object目的 can become成为 a black黑色 hole.
50
129000
4000
任何物体都可以成为黑洞
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That means手段 you, your neighbor邻居, your cellphone手机,
51
133000
3000
这意味着你的邻居,你的手机,
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the auditorium礼堂 can become成为 a black黑色 hole
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136000
2000
还有礼堂都能成为黑洞
02:33
if you can figure数字 out how to compress压缩 it down
53
138000
3000
如果你能弄明白
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to the size尺寸 of the Schwarzschild史瓦西 radius半径.
54
141000
2000
如何把它压缩至史瓦西半径大小。
02:38
At that point, what's going to happen发生?
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143000
3000
在这一点上,会发生什么?
02:41
At that point gravity重力 wins.
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146000
2000
在这一点上,引力获胜。
02:43
Gravity重力 wins over all other known已知 forces军队.
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148000
2000
引力胜过其他所有已知力量
02:45
And the object目的 is forced被迫 to continue继续 to collapse坍方
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150000
3000
物体被迫继续坍塌
02:48
to an infinitely无限地 small object目的.
59
153000
2000
成为一个奇点。
02:50
And then it's a black黑色 hole.
60
155000
2000
这就是黑洞。
02:52
So, if I were to compress压缩 the Earth地球 down to the size尺寸 of a sugar cube立方体,
61
157000
5000
如果把地球压缩至一块方糖大小,
02:57
it would become成为 a black黑色 hole,
62
162000
2000
地球就会成为一个黑洞
02:59
because the size尺寸 of a sugar cube立方体 is its Schwarzschild史瓦西 radius半径.
63
164000
4000
因为方糖的大小是它的史瓦西半径。
03:03
Now, the key here is to figure数字 out what that Schwarzschild史瓦西 radius半径 is.
64
168000
3000
现在,关键是要弄清楚什么是史瓦西半径。
03:06
And it turns out that it's actually其实 pretty漂亮 simple简单 to figure数字 out.
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171000
4000
事实证明,这很容易算出来
03:10
It depends依靠 only on the mass of the object目的.
66
175000
2000
它只依赖于物体的质量。
03:12
Bigger objects对象 have bigger Schwarzschild史瓦西 radii半径.
67
177000
2000
更大的物体有更大的是史瓦西半径。
03:14
Smaller较小 objects对象 have smaller Schwarzschild史瓦西 radii半径.
68
179000
3000
更小的物体有更小的史瓦西半径。
03:17
So, if I were to take the sun太阳
69
182000
2000
因此,如果我把太阳
03:19
and compress压缩 it down to the scale规模 of the University大学 of Oxford牛津,
70
184000
3000
压缩至英国牛津大学的大小,
03:22
it would become成为 a black黑色 hole.
71
187000
3000
太阳会成为一个黑洞。
03:25
So, now we know what a Schwarzschild史瓦西 radius半径 is.
72
190000
3000
现在,我们知道了什么是史瓦希半径。
03:28
And it's actually其实 quite相当 a useful有用 concept概念,
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193000
2000
它实际上是一个相当有用的概念,
03:30
because it tells告诉 us not only
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195000
2000
因为它不仅告诉我们
03:32
when a black黑色 hole will form形成,
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197000
2000
黑洞何时形成,
03:34
but it also gives us the key elements分子 for the proof证明 of a black黑色 hole.
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199000
3000
同时还带给我们黑洞存在证据的关键要素。
03:37
I only need two things.
77
202000
2000
我只需要两件东西。
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I need to understand理解 the mass of the object目的
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204000
2000
我需要了解物体的质量
03:41
I'm claiming自称 is a black黑色 hole,
79
206000
2000
我自称是一个黑洞,
03:43
and what its Schwarzschild史瓦西 radius半径 is.
80
208000
2000
以及其史瓦西半径。
03:45
And since以来 the mass determines确定 the Schwarzschild史瓦西 radius半径,
81
210000
2000
由于质量决定史瓦西半径,
03:47
there is actually其实 only one thing I really need to know.
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212000
2000
实际上只有一件事我需要知道。
03:49
So, my job工作 in convincing使人信服 you
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214000
2000
因此,我的工作是说服你
03:51
that there is a black黑色 hole
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216000
2000
那有一个黑洞,
03:53
is to show显示 that there is some object目的
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218000
2000
表明有一些物体
03:55
that's confined受限 to within its Schwarzschild史瓦西 radius半径.
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220000
3000
仅限于其史瓦西半径·
03:58
And your job工作 today今天 is to be skeptical怀疑的.
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223000
3000
而你要做的是对此表示怀疑。
04:01
Okay, so, I'm going to talk about no ordinary普通 black黑色 hole;
88
226000
4000
好了,我要谈的不是常规黑洞;
04:05
I'm going to talk about supermassive超大 black黑色 holes.
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230000
3000
我要谈论的是超大质量黑洞。
04:08
So, I wanted to say a few少数 words about what an ordinary普通 black黑色 hole is,
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233000
2000
因此,我要说常规黑洞是什么
04:10
as if there could be such这样 a thing as an ordinary普通 black黑色 hole.
91
235000
3000
好像有这样一个可以作为常规黑洞的东西。
04:13
An ordinary普通 black黑色 hole is thought to be the end结束 state
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238000
3000
一个常规黑洞可以被看作是
04:16
of a really massive大规模的 star's明星 life.
93
241000
2000
大质量恒星生命的晚期。
04:18
So, if a star starts启动 its life off
94
243000
2000
因此,当一个恒星消亡
04:20
with much more mass than the mass of the Sun太阳,
95
245000
2000
而这个恒星的质量远大于太阳
04:22
it's going to end结束 its life by exploding爆炸
96
247000
3000
它将以爆炸结束生命
04:25
and leaving离开 behind背后 these beautiful美丽 supernova超新星 remnants残余 that we see here.
97
250000
3000
我们将会看到留下的超新星遗骸
04:28
And inside that supernova超新星 remnant
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253000
2000
在超新星遗骸的内部
04:30
is going to be a little black黑色 hole
99
255000
2000
形成一个小型黑洞
04:32
that has a mass roughly大致 three times the mass of the Sun太阳.
100
257000
3000
质量大概是太阳的3倍。
04:35
On an astronomical天文 scale规模
101
260000
2000
从天文学的角度来看
04:37
that's a very small black黑色 hole.
102
262000
2000
这是一个非常小的黑洞
04:39
Now, what I want to talk about are the supermassive超大 black黑色 holes.
103
264000
3000
现在,我想谈谈超大质量黑洞。
04:42
And the supermassive超大 black黑色 holes are thought to reside居住 at the center中央 of galaxies星系.
104
267000
4000
超大质量黑洞被认为位于星系中心。
04:46
And this beautiful美丽 picture图片 taken采取 with the Hubble哈勃 Space空间 Telescope望远镜
105
271000
3000
这幅美丽的图片是哈勃太空望远镜拍摄的
04:49
shows节目 you that galaxies星系 come in all shapes形状 and sizes大小.
106
274000
3000
展示了星系的所有形状和大小。
04:52
There are big ones那些. There are little ones那些.
107
277000
2000
有大的,有小的。
04:54
Almost几乎 every一切 object目的 in that picture图片 there is a galaxy星系.
108
279000
3000
几乎图片上的每一个物体都是一个星系。
04:57
And there is a very nice不错 spiral螺旋 up in the upper left.
109
282000
3000
有一个非常漂亮的螺旋臂在左上角。
05:00
And there are a hundred billion十亿 stars明星 in that galaxy星系,
110
285000
4000
有100亿颗恒星在那个星系中,
05:04
just to give you a sense of scale规模.
111
289000
2000
仅仅给你一种规模感。
05:06
And all the light that we see from a typical典型 galaxy星系,
112
291000
2000
我们从一个典型的星系中看到的所有光线,
05:08
which哪一个 is the kind of galaxies星系 that we're seeing眼看 here,
113
293000
2000
是我们在这儿看到的星系中的一种,
05:10
comes from the light from the stars明星.
114
295000
2000
来自恒星的光线。
05:12
So, we see the galaxy星系 because of the star light.
115
297000
2000
我们看见星系是因为恒星的光。
05:14
Now, there are a few少数 relatively相对 exotic异国情调 galaxies星系.
116
299000
4000
有一些比较奇特的星系
05:18
I like to call these the prima初步 donna唐娜 of the galaxy星系 world世界,
117
303000
3000
我喜欢称这些星系为女主角,
05:21
because they are kind of show显示 offs附加赛.
118
306000
2000
因为它们特别愿意展示自己
05:23
And we call them active活性 galactic nuclei原子核.
119
308000
2000
我们称之为活跃星系核心。
05:25
And we call them that because their nucleus,
120
310000
2000
我们之所以这样称呼是因为它们的核心,
05:27
or their center中央, are very active活性.
121
312000
3000
或者它们的中心,非常活跃。
05:30
So, at the center中央 there, that's actually其实 where
122
315000
2000
在中心位置,
05:32
most of the starlight星光 comes out from.
123
317000
2000
大部分星光是从那发出的。
05:34
And yet然而, what we actually其实 see is light
124
319000
2000
然而,事实上我们看到的是
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that can't be explained解释 by the starlight星光.
125
321000
3000
无法用星光来解释的光
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It's way more energetic有活力.
126
324000
2000
它比星光更有活力。
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In fact事实, in a few少数 examples例子 it's like the ones那些 that we're seeing眼看 here.
127
326000
2000
事实上,下面的例子中跟我们现在看的这些有些相似。
05:43
There are also jets喷气机 emanating发出 out from the center中央.
128
328000
3000
也是从中心喷射出。
05:46
Again, a source资源 of energy能源 that's very difficult to explain说明
129
331000
4000
如果你仅仅认为星系是由恒星组成的
05:50
if you just think that galaxies星系 are composed of stars明星.
130
335000
2000
那这股能量的来源就很难解释了。
05:52
So, what people have thought is that perhaps也许
131
337000
2000
人们认为
05:54
there are supermassive超大 black黑色 holes
132
339000
3000
也许有超大质量黑洞
05:57
which哪一个 matter is falling落下 on to.
133
342000
3000
所以物质被吸引过去。
06:00
So, you can't see the black黑色 hole itself本身,
134
345000
2000
你不能看见黑洞本身,
06:02
but you can convert兑换 the gravitational引力 energy能源 of the black黑色 hole
135
347000
3000
但是你能将黑洞的引力
06:05
into the light we see.
136
350000
2000
转换为我们能见的光。
06:07
So, there is the thought that maybe supermassive超大 black黑色 holes
137
352000
2000
因此,有一种想法就是
06:09
exist存在 at the center中央 of galaxies星系.
138
354000
2000
也许超大质量黑洞存在于星系的中心。
06:11
But it's a kind of indirect间接 argument论据.
139
356000
2000
但这仅是一种间接论据。
06:13
Nonetheless尽管如此, it's given特定 rise上升 to the notion概念
140
358000
2000
尽管如此,这却带来了一种概念
06:15
that maybe it's not just these prima初步 donnasdonnas
141
360000
3000
也许不仅是这些主角
06:18
that have these supermassive超大 black黑色 holes,
142
363000
2000
有超大质量黑洞
06:20
but rather all galaxies星系 might威力 harbor港口 these
143
365000
3000
而是所有的星系中心
06:23
supermassive超大 black黑色 holes at their centers中心.
144
368000
2000
都有可能藏匿超大质量黑洞
06:25
And if that's the case案件 -- and this is an example of a normal正常 galaxy星系;
145
370000
3000
如果是这种情况——这是一个常规星系的例子;
06:28
what we see is the star light.
146
373000
2000
我们看到的是星光。
06:30
And if there is a supermassive超大 black黑色 hole,
147
375000
2000
如果有超大质量黑洞,
06:32
what we need to assume承担 is that it's a black黑色 hole on a diet饮食.
148
377000
3000
我们需要假设的是它是一个正在节食的黑洞。
06:35
Because that is the way to suppress压制 the energetic有活力 phenomena现象 that we see
149
380000
3000
因为这是一种我们所见到的压制现象
06:38
in active活性 galactic nuclei原子核.
150
383000
3000
在活跃星系的核心
06:41
If we're going to look for these stealth隐形 black黑色 holes
151
386000
3000
如果我们要在星系中心找寻
06:44
at the center中央 of galaxies星系,
152
389000
2000
这些隐藏的黑洞,
06:46
the best最好 place地点 to look is in our own拥有 galaxy星系, our Milky乳白色 Way.
153
391000
4000
最好的地方就是我们所在的星系,银河系。
06:50
And this is a wide field领域 picture图片
154
395000
2000
这是一张银河系中心的
06:52
taken采取 of the center中央 of the Milky乳白色 Way.
155
397000
3000
大范围图片
06:55
And what we see is a line线 of stars明星.
156
400000
3000
我们看到的是线状的恒星系。
06:58
And that is because we live生活 in a galaxy星系 which哪一个 has
157
403000
2000
因为我们所在的星系
07:00
a flattened扁平, disk-like盘状 structure结构体.
158
405000
2000
是一个扁平的,盘状结构的星系。
07:02
And we live生活 in the middle中间 of it, so when we look towards the center中央,
159
407000
2000
而且我们居住在中央,因此当我们看向中心,
07:04
we see this plane平面 which哪一个 defines定义 the plane平面 of the galaxy星系,
160
409000
2000
我们把这个平面看成是星系的平面,
07:06
or line线 that defines定义 the plane平面 of the galaxy星系.
161
411000
4000
或者把这条线看成是星系的平面
07:10
Now, the advantage优点 of studying研究 our own拥有 galaxy星系
162
415000
3000
研究我们自己的星系的优势是
07:13
is it's simply只是 the closest最近的 example of the center中央 of a galaxy星系
163
418000
3000
在我们接触过的星系中心的实体中
07:16
that we're ever going to have, because the next下一个 closest最近的 galaxy星系
164
421000
2000
这是距离我们最近的星系
07:18
is 100 times further进一步 away.
165
423000
3000
我们的邻居星系距离我们则足有100倍的距离
07:21
So, we can see far more detail详情 in our galaxy星系
166
426000
2000
因此,对我们自身所在星系的研究可以做到比其他任何一个星体
07:23
than anyplace任何地方 else其他.
167
428000
2000
都更加透彻
07:25
And as you'll你会 see in a moment时刻, the ability能力 to see detail详情
168
430000
2000
就像我们马上就要谈到的
07:27
is key to this experiment实验.
169
432000
3000
观察细节的能力对于我们这次实验至关重要
07:30
So, how do astronomers天文学家 prove证明 that there is a lot of mass
170
435000
3000
这样一来
07:33
inside a small volume?
171
438000
2000
宇航员如何才能证明一个相对小的空间内存在很大的质量呢
07:35
Which哪一个 is the job工作 that I have to show显示 you today今天.
172
440000
3000
这正是我今天想要向大家展示的
07:38
And the tool工具 that we use is to watch the way
173
443000
2000
我们将应用的工具就是
07:40
stars明星 orbit轨道 the black黑色 hole.
174
445000
3000
观测行星环绕黑洞的轨道
07:43
Stars明星 will orbit轨道 the black黑色 hole
175
448000
2000
行星环绕的黑洞的轨道
07:45
in the very same相同 way that planets行星 orbit轨道 the sun太阳.
176
450000
3000
与行星环绕太阳类似
07:48
It's the gravitational引力 pull
177
453000
2000
是重心牵引力
07:50
that makes品牌 these things orbit轨道.
178
455000
2000
使这些星体按照轨道运行
07:52
If there were no massive大规模的 objects对象 these things would go flying飞行 off,
179
457000
3000
如果没有大质量的物体存在,这些星体都将四散而出
07:55
or at least最小 go at a much slower比较慢 rate
180
460000
2000
或者说至少运动的速率对大幅下降
07:57
because all that determines确定 how they go around
181
462000
3000
这是因为,对它们如何运动起到决定性作用的是
08:00
is how much mass is inside its orbit轨道.
182
465000
2000
它的轨道内部存在多少的物质
08:02
So, this is great, because remember记得 my job工作 is to show显示
183
467000
2000
我们必须要清楚这一点,因为我的工作就是
08:04
there is a lot of mass inside a small volume.
184
469000
2000
证明一个小的空间内也存在大量的物质
08:06
So, if I know how fast快速 it goes around, I know the mass.
185
471000
3000
因此,如果可以计算出它的运行速度,我便可以推断出质量
08:09
And if I know the scale规模 of the orbit轨道 I know the radius半径.
186
474000
3000
更进一 步,如果可以知道轨道的范围,我们就可以计算出其半径
08:12
So, I want to see the stars明星
187
477000
2000
这就是我希望可以尽可能选择
08:14
that are as close to the center中央 of the galaxy星系 as possible可能.
188
479000
2000
接近星系中心星体的原因
08:16
Because I want to show显示 there is a mass inside as small a region地区 as possible可能.
189
481000
4000
只有这样,我才能在尽可能小的空间内证实物质的存在
08:20
So, this means手段 that I want to see a lot of detail详情.
190
485000
3000
也就说明,我需要观测大量的细节数据
08:23
And that's the reason原因 that for this experiment实验 we've我们已经 used
191
488000
2000
这就是我们为何采用世界上最大的望远镜
08:25
the world's世界 largest最大 telescope望远镜.
192
490000
2000
来做这个实验的原因
08:27
This is the Keck凯克 observatory天文台. It hosts主机 two telescopes望远镜
193
492000
3000
这是keck天文台,它拥有2台镜头有10米长的望远镜
08:30
with a mirror镜子 10 meters, which哪一个 is roughly大致
194
495000
2000
差不多
08:32
the diameter直径 of a tennis网球 court法庭.
195
497000
2000
是一个网球场直径的长度
08:34
Now, this is wonderful精彩,
196
499000
2000
这一点很赞
08:36
because the campaign运动 promise诺言
197
501000
2000
因为大型望远镜总是承诺
08:38
of large telescopes望远镜 is that is that the bigger the telescope望远镜,
198
503000
3000
望远镜越大
08:41
the smaller the detail详情 that we can see.
199
506000
4000
我们能观察到越小的细节。
08:45
But it turns out these telescopes望远镜, or any telescope望远镜 on the ground地面
200
510000
3000
然而,我们却发现这些或现有的所有望远镜
08:48
has had a little bit of a challenge挑战 living活的 up to this campaign运动 promise诺言.
201
513000
4000
都与预期的表现有所差距
08:52
And that is because of the atmosphere大气层.
202
517000
2000
这是因为大气环境
08:54
Atmosphere大气层 is great for us; it allows允许 us
203
519000
2000
地球大气层对我们人类至关重要
08:56
to survive生存 here on Earth地球.
204
521000
2000
它保证了生命的存在
08:58
But it's relatively相对 challenging具有挑战性的 for astronomers天文学家
205
523000
3000
但是对天文学家来说,它却是相对有挑战性的,
09:01
who want to look through通过 the atmosphere大气层 to astronomical天文 sources来源.
206
526000
4000
因为他们需要透过大气层来观测外部的世界
09:05
So, to give you a sense of what this is like,
207
530000
2000
因此,为了让大家更好的理解
09:07
it's actually其实 like looking at a pebble卵石
208
532000
2000
我用一个比喻
09:09
at the bottom底部 of a stream.
209
534000
2000
就像看一块小溪底的鹅卵石一样
09:11
Looking at the pebble卵石 on the bottom底部 of the stream,
210
536000
2000
在看河底的鹅卵石时
09:13
the stream is continuously一直 moving移动 and turbulent汹涌,
211
538000
3000
溪水不断流动
09:16
and that makes品牌 it very difficult to see the pebble卵石 on the bottom底部 of the stream.
212
541000
4000
使得观察底部的鹅卵石变的很困难
09:20
Very much in the same相同 way, it's very difficult
213
545000
2000
同样的
09:22
to see astronomical天文 sources来源, because of the
214
547000
2000
正是因为大气层不停的流动
09:24
atmosphere大气层 that's continuously一直 moving移动 by.
215
549000
2000
我们很难观测到清晰的外层
09:26
So, I've spent花费 a lot of my career事业 working加工 on ways方法
216
551000
3000
因此我花费了职业生涯中很长的时间来研究如何克服这一困难
09:29
to correct正确 for the atmosphere大气层, to give us a cleaner清洁器 view视图.
217
554000
3000
来给大家带来一个更清晰的视野
09:32
And that buys购买 us about a factor因子 of 20.
218
557000
3000
这可以提高我们1/20的成功率
09:35
And I think all of you can agree同意 that if you can
219
560000
2000
我认为我们大家都认同这一点
09:37
figure数字 out how to improve提高 life by a factor因子 of 20,
220
562000
3000
如果可以提高生活质量1/20的水平
09:40
you've probably大概 improved改善 your lifestyle生活方式 by a lot,
221
565000
2000
那么整体的生活水平将获得很大的改善
09:42
say your salary薪水, you'd notice注意, or your kids孩子, you'd notice注意.
222
567000
5000
拿薪水,或者你的孩子做个例子,你就会发现
09:47
And this animation动画 here shows节目 you one example of
223
572000
2000
这个动画展示了
09:49
the techniques技术 that we use, called adaptive自适应 optics光学.
224
574000
3000
自适应光学的应用例子
09:52
You're seeing眼看 an animation动画 that goes between之间
225
577000
2000
你可以看到一个动画呈现
09:54
an example of what you would see if you don't use this technique技术 --
226
579000
3000
一幅你只有不应用这个技术才可以看到的画面
09:57
in other words, just a picture图片 that shows节目 the stars明星 --
227
582000
3000
换句话说,就是一幅星象图
10:00
and the box is centered中心 on the center中央 of the galaxy星系,
228
585000
2000
这个方块位于整个星系的中心
10:02
where we think the black黑色 hole is.
229
587000
2000
也就是黑洞的所在
10:04
So, without this technology技术 you can't see the stars明星.
230
589000
3000
因此,如果没有这项技术,我们无法看到星体
10:07
With this technology技术 all of a sudden突然 you can see it.
231
592000
2000
应用这项技术我们可以突然的看到它们
10:09
This technology技术 works作品 by introducing引入 a mirror镜子
232
594000
2000
这项技术在望远镜的光学系统中增加了一块反光镜
10:11
into the telescope望远镜 optics光学 system系统
233
596000
2000
并通过这种原理进行工作
10:13
that's continuously一直 changing改变 to counteract抵消 what the atmosphere大气层 is doing to you.
234
598000
5000
这将持续的改变你对大气层作用的看法
10:18
So, it's kind of like very fancy幻想 eyeglasses眼镜 for your telescope望远镜.
235
603000
4000
因此,这就像给你的望远镜带上一付花式眼镜
10:22
Now, in the next下一个 few少数 slides幻灯片 I'm just going to focus焦点 on
236
607000
2000
现在,接下的几幅幻灯片中,我们将主要观察
10:24
that little square广场 there.
237
609000
2000
那个小方块
10:26
So, we're only going to look at the stars明星 inside that small square广场,
238
611000
2000
我们将集中观测方块内部的星体
10:28
although虽然 we've我们已经 looked看着 at all of them.
239
613000
2000
尽管我们已经观察到了全部
10:30
So, I want to see how these things have moved移动.
240
615000
2000
我希望观测它们是如何运动的
10:32
And over the course课程 of this experiment实验, these stars明星
241
617000
2000
这个的实验过程中
10:34
have moved移动 a tremendous巨大 amount.
242
619000
2000
星体都运行了相当惊人的距离
10:36
So, we've我们已经 been doing this experiment实验 for 15 years年份,
243
621000
2000
我们做这个实验已经进行了15年
10:38
and we see the stars明星 go all the way around.
244
623000
2000
我们了解这些星体的运行轨迹
10:40
Now, most astronomers天文学家 have a favorite喜爱 star,
245
625000
3000
多数的天文学家都有自己最喜欢的一颗星
10:43
and mine today今天 is a star that's labeled标记 up there, SO-所以-2.
246
628000
4000
而我今天的最爱则是上边那棵标志着SO-2的星体
10:47
Absolutely绝对 my favorite喜爱 star in the world世界.
247
632000
2000
这棵星毫无疑问是我的最爱
10:49
And that's because it goes around in only 15 years年份.
248
634000
3000
这是因为它的运行周期是15年
10:52
And to give you a sense of how short that is,
249
637000
2000
为了表明这是一段极短的时间
10:54
the sun太阳 takes 200 million百万 years年份 to go around the center中央 of the galaxy星系.
250
639000
5000
我想说的是太阳需要200亿年才能环绕星系一周
10:59
Stars明星 that we knew知道 about before, that were as close to the center中央 of the galaxy星系
251
644000
3000
我们以前所了解的尽可能的靠近星系中心的星体
11:02
as possible可能, take 500 years年份.
252
647000
2000
需要500年来完成同样的环绕
11:04
And this one, this one goes around in a human人的 lifetime一生.
253
649000
4000
然而这一颗星,可以在一个人的生命中就完成环绕
11:08
That's kind of profound深刻, in a way.
254
653000
2000
这也可以看成是另类的深邃吧
11:10
But it's the key to this experiment实验. The orbit轨道 tells告诉 me
255
655000
2000
这一点是这次实验的关键
11:12
how much mass is inside a very small radius半径.
256
657000
4000
运行轨道能可以告诉我在一个短半径内究竟存在多少物质
11:16
So, next下一个 we see a picture图片 here that shows节目 you
257
661000
3000
因此,接下来我们将看一幅照片
11:19
before this experiment实验 the size尺寸 to which哪一个 we could
258
664000
2000
它展示了在这个实验之前,我们能够
11:21
confine局限 the mass of the center中央 of the galaxy星系.
259
666000
3000
证实这个星系中心的物质的大小
11:24
What we knew知道 before is that there was four million百万
260
669000
2000
我们之前所了解到的是有
11:26
times the mass of the sun太阳 inside that circle.
261
671000
3000
超过太阳四亿倍的质量
11:29
And as you can see, there was a lot of other stuff东东 inside that circle.
262
674000
2000
我们可以看到,这个轨道内还有很多其它的东西
11:31
You can see a lot of stars明星.
263
676000
2000
有很多的星体。
11:33
So, there was actually其实 lots of alternatives备择方案
264
678000
2000
所以,对于星系中心存在着巨大黑洞的假设
11:35
to the idea理念 that there was a supermassive超大 black黑色 hole at the center中央 of the galaxy星系,
265
680000
3000
也就存在了很多可能性,
11:38
because you could put a lot of stuff东东 in there.
266
683000
2000
因为你可以假设各种各样的物质的存在
11:40
But with this experiment实验, we've我们已经 confined受限
267
685000
2000
但是通过这次实验
11:42
that same相同 mass to a much smaller volume
268
687000
3000
我们证明了在小一些空间的同样的物质
11:45
that's 10,000 times smaller.
269
690000
4000
缩小了1万倍
11:49
And because of that, we've我们已经 been able能够 to show显示
270
694000
2000
正因为如此,我们才能看到
11:51
that there is a supermassive超大 black黑色 hole there.
271
696000
2000
存在着一个巨型黑洞
11:53
To give you a sense of how small that size尺寸 is,
272
698000
2000
究竟有多小
11:55
that's the size尺寸 of our solar太阳能 system系统.
273
700000
2000
这是太阳系的大小
11:57
So, we're cramming临时抱佛脚 four million百万 times the mass of the sun太阳
274
702000
4000
我们把4亿倍太阳物质
12:01
into that small volume.
275
706000
2000
塞进这个小空间里
12:03
Now, truth真相 in advertising广告. Right?
276
708000
3000
真相出现
12:06
I have told you my job工作 is to get it down to the Schwarzchild史瓦西 radius半径.
277
711000
3000
我曾说过我的工作是要把它缩小到史瓦西半径的范围
12:09
And the truth真相 is, I'm not quite相当 there.
278
714000
2000
但事实上,我还没有达到那个程度
12:11
But we actually其实 have no alternative替代 today今天
279
716000
2000
但是我们目前为止已经没有其它更好的方法
12:13
to explaining说明 this concentration浓度 of mass.
280
718000
3000
来解释物质的聚集程度
12:16
And, in fact事实, it's the best最好 evidence证据 we have to date日期
281
721000
3000
事实上,这是我们目前所拥有的最好的证据
12:19
for not only existence存在 of a supermassive超大 black黑色 hole
282
724000
2000
不仅因为我们星系中存在的巨大黑洞
12:21
at the center中央 of our own拥有 galaxy星系, but any in our universe宇宙.
283
726000
3000
在我们的整个宇宙也存在
12:24
So, what next下一个? I actually其实 think
284
729000
3000
下一步是什么呢
12:27
this is about as good as we're going to do with today's今天的 technology技术,
285
732000
2000
我曾经想过这一切都关于我们如何更好的应用现有的科技手段
12:29
so let's move移动 on with the problem问题.
286
734000
2000
因此让我们来继续这个问题
12:31
So, what I want to tell you, very briefly简要地,
287
736000
2000
简而言之,我想说的是
12:33
is a few少数 examples例子
288
738000
2000
这几个例子
12:35
of the excitement激动 of what we can do today今天
289
740000
2000
代表着我们今天所能达到的水平
12:37
at the center中央 of the galaxy星系, now that we know that there is,
290
742000
2000
在星系的中心,现在我们确认
12:39
or at least最小 we believe,
291
744000
2000
或者说至少我们相信
12:41
that there is a supermassive超大 black黑色 hole there.
292
746000
2000
存在一个巨型黑洞
12:43
And the fun开玩笑 phase of this experiment实验
293
748000
2000
这次实验的有趣之处就在于
12:45
is, while we've我们已经 tested测试 some of our ideas思路
294
750000
3000
在我们测试
12:48
about the consequences后果 of a supermassive超大 black黑色 hole
295
753000
2000
有关巨型黑洞位于星系中心的后果
12:50
being存在 at the center中央 of our galaxy星系,
296
755000
2000
的新想法时
12:52
almost几乎 every一切 single one
297
757000
2000
基本上任何一个新想法
12:54
has been inconsistent不符 with what we actually其实 see.
298
759000
2000
都没有局限在我们所能看到的
12:56
And that's the fun开玩笑.
299
761000
2000
这就是乐趣所在
12:58
So, let me give you the two examples例子.
300
763000
2000
现在我将给出2个例子
13:00
You can ask, "What do you expect期望
301
765000
2000
你可以问
13:02
for the old stars明星, stars明星 that have been around the center中央 of the galaxy星系
302
767000
2000
“你对那些很古老的星体,那些已经围绕星系中心很久的星体
13:04
for a long time, they've他们已经 had plenty丰富 of time to interact相互作用 with the black黑色 hole."
303
769000
4000
有足够长的时间与黑洞产生互动的那些有什么预期。”
13:08
What you expect期望 there is that old stars明星
304
773000
2000
你所期望看到的是
13:10
should be very clustered集群 around the black黑色 hole.
305
775000
2000
那些古老的星体应该环绕在黑洞附近逐渐接近
13:12
You should see a lot of old stars明星 next下一个 to that black黑色 hole.
306
777000
4000
你将可以看到黑洞附近聚集很多星体
13:16
Likewise同样, for the young年轻 stars明星, or in contrast对比, the young年轻 stars明星,
307
781000
4000
相似的或者相反的,对于年轻的星体,
13:20
they just should not be there.
308
785000
2000
它们则不应该出现在那个地方
13:22
A black黑色 hole does not make a kind neighbor邻居 to a stellar恒星 nursery苗圃.
309
787000
4000
黑洞不会是恒星摇篮的好邻居
13:26
To get a star to form形成, you need a big ball of gas加油站 and dust灰尘 to collapse坍方.
310
791000
4000
一个星体的形成需要大量的气体与尘埃的崩溃与聚合
13:30
And it's a very fragile脆弱 entity实体.
311
795000
2000
它是一个非常脆弱的个体
13:32
And what does the big black黑色 hole do?
312
797000
2000
黑洞在这起到什么作用呢
13:34
It strips带子 that gas加油站 cloud apart距离.
313
799000
2000
它可以将气云剥离
13:36
It pulls much stronger on one side than the other
314
801000
2000
它对一面起到更大的拉力
13:38
and the cloud is stripped剥离 apart距离.
315
803000
2000
从而把气云剥离
13:40
In fact事实, we anticipated预期 that star formation编队 shouldn't不能 proceed继续 in that environment环境.
316
805000
3000
事实上 我们预测 星体的形成不应该在那种环境下发生
13:43
So, you shouldn't不能 see young年轻 stars明星.
317
808000
2000
所以你不应看到年轻的星体
13:45
So, what do we see?
318
810000
2000
那么我们到底看到了什么
13:47
Using运用 observations意见 that are not the ones那些 I've shown显示 you today今天,
319
812000
2000
使用其它一些观察设施
13:49
we can actually其实 figure数字 out which哪一个 ones那些 are old and which哪一个 ones那些 are young年轻.
320
814000
3000
我们可以发现年老或者年轻的星体
13:52
The old ones那些 are red.
321
817000
2000
年长的星体呈现红色
13:54
The young年轻 ones那些 are blue蓝色. And the yellow黄色 ones那些, we don't know yet然而.
322
819000
3000
而年轻的星体则是蓝色 至于黄色的星体,我们还未知
13:57
So, you can already已经 see the surprise.
323
822000
2000
你应该也已经感到很吃惊了
13:59
There is a dearth缺乏 of old stars明星.
324
824000
2000
年长的星体很少
14:01
There is an abundance丰富 of young年轻 stars明星, so it's the exact精确 opposite对面 of the prediction预测.
325
826000
4000
却有着很多的年轻星体 这与我们的预测恰恰相反
14:05
So, this is the fun开玩笑 part部分.
326
830000
2000
这也是有趣的地方
14:07
And in fact事实, today今天, this is what we're trying to figure数字 out,
327
832000
2000
事实上 这也是我们试图揭开的一个谜团
14:09
this mystery神秘 of how do you get --
328
834000
2000
一个有关
14:11
how do you resolve解决 this contradiction矛盾.
329
836000
2000
我们如何可以解决这个完全相反的结论
14:13
So, in fact事实, my graduate毕业 students学生们
330
838000
2000
所以实际上,我的硕士生们
14:15
are, at this very moment时刻, today今天, at the telescope望远镜,
331
840000
4000
正在夏威夷的天文观测站
14:19
in Hawaii夏威夷, making制造 observations意见 to get us
332
844000
3000
进行观测
14:22
hopefully希望 to the next下一个 stage阶段,
333
847000
2000
希望能我们可以很快的进入下一个阶段
14:24
where we can address地址 this question
334
849000
2000
那时我们将重新阐释这个问题
14:26
of why are there so many许多 young年轻 stars明星,
335
851000
2000
也就是为什么有这么多的年轻星体
14:28
and so few少数 old stars明星.
336
853000
2000
而老年星体则如此稀少
14:30
To make further进一步 progress进展 we really need to look at the orbits轨道
337
855000
2000
为了进一步的研究 我们必须要观测运行轨道
14:32
of stars明星 that are much further进一步 away.
338
857000
2000
那些更远星体的运行轨道
14:34
To do that we'll probably大概 need much more
339
859000
2000
为了做到一点我们将会需要
14:36
sophisticated复杂的 technology技术 than we have today今天.
340
861000
2000
更成熟的技术
14:38
Because, in truth真相, while I said we're correcting修正
341
863000
2000
因为事实上 当我说到我们正在针对地球大气层进行调节时
14:40
for the Earth's地球 atmosphere大气层, we actually其实 only
342
865000
2000
我们仅仅
14:42
correct正确 for half the errors错误 that are introduced介绍.
343
867000
2000
更正差不多半数的错误
14:44
We do this by shooting射击 a laser激光 up into the atmosphere大气层,
344
869000
3000
我们通过向大气层发射激光来做到这一点
14:47
and what we think we can do is if we
345
872000
3000
同时 我们也认为
14:50
shine闪耀 a few少数 more that we can correct正确 the rest休息.
346
875000
2000
通过这种做法我们可以继续更正剩余的错误
14:52
So this is what we hope希望 to do in the next下一个 few少数 years年份.
347
877000
2000
这是我们希望将在接下来几年里完成的人物
14:54
And on a much longer time scale规模,
348
879000
2000
更长的一段时间内
14:56
what we hope希望 to do is build建立 even larger telescopes望远镜,
349
881000
3000
我们希望建成更大更精确的观测望远镜
14:59
because, remember记得, bigger is better in astronomy天文学.
350
884000
3000
因为在天文学里,大意味着好
15:02
So, we want to build建立 a 30 meter仪表 telescope望远镜.
351
887000
2000
我们希望可以建出一部30米天文望远镜
15:04
And with this telescope望远镜 we should be able能够 to see
352
889000
2000
一旦实现 我们将通过它
15:06
stars明星 that are even closer接近 to the center中央 of the galaxy星系.
353
891000
3000
更好的观测更近距离的星体
15:09
And we hope希望 to be able能够 to test测试 some of
354
894000
2000
与此同时我们也可以
15:11
Einstein's爱因斯坦 theories理论 of general一般 relativity相对论,
355
896000
3000
证实爱因斯坦的广义相对论
15:14
some ideas思路 in cosmology宇宙学 about how galaxies星系 form形成.
356
899000
3000
有关星系是如何形成的宇宙学的一些观点。
15:17
So, we think the future未来 of this experiment实验
357
902000
2000
我们认为未来我们将做的实验
15:19
is quite相当 exciting扣人心弦.
358
904000
3000
会非常的令人惊奇
15:22
So, in conclusion结论, I'm going to show显示 you an animation动画
359
907000
2000
作为结论 我将展示一个3D动画
15:24
that basically基本上 shows节目 you how these
360
909000
2000
呈现
15:26
orbits轨道 have been moving移动, in three dimensions尺寸.
361
911000
3000
这些轨道是如何移动的
15:29
And I hope希望, if nothing else其他,
362
914000
2000
我希望,哪怕没有任何别的
15:31
I've convinced相信 you that, one, we do in fact事实
363
916000
2000
我至少成功的说服了你们
15:33
have a supermassive超大 black黑色 hole at the center中央 of the galaxy星系.
364
918000
3000
在星系的中心确实有一个巨型黑洞
15:36
And this means手段 that these things do exist存在 in our universe宇宙,
365
921000
3000
这意味着这些物质的确存在在我们的宇宙中
15:39
and we have to contend抗衡 with this, we have to explain说明
366
924000
2000
我们必须要承认这一点
15:41
how you can get these objects对象 in our physical物理 world世界.
367
926000
3000
我们需要解释如何可以将那些物质引用到我们的物理世界
15:44
Second第二, we've我们已经 been able能够 to look at that interaction相互作用
368
929000
3000
第二点 巨型黑洞之间
15:47
of how supermassive超大 black黑色 holes interact相互作用,
369
932000
3000
是如何产生影响的
15:50
and understand理解, maybe, the role角色 in which哪一个 they play
370
935000
4000
如果可能的话 尽可能的理解它们在形成星系的过程中
15:54
in shaping成型 what galaxies星系 are, and how they work.
371
939000
3000
所扮演的角色以及这过原理
15:57
And last but not least最小,
372
942000
2000
最后
15:59
none没有 of this would have happened发生
373
944000
2000
如果没有令人震惊的进展
16:01
without the advent来临 of the tremendous巨大 progress进展
374
946000
3000
使得科学前沿不断的进步
16:04
that's been made制作 on the technology技术 front面前.
375
949000
2000
这一切的成就都不可能达成
16:06
And we think that this is a field领域 that is moving移动 incredibly令人难以置信 fast快速,
376
951000
4000
我们认为这是一个不断快速发展的领域
16:10
and holds持有 a lot in store商店 for the future未来.
377
955000
3000
未来的发展不可限量
16:13
Thanks谢谢 very much.
378
958000
2000
非常感谢
16:15
(Applause掌声)
379
960000
5000
(掌声)
Translated by Haoxiongyi Mei
Reviewed by Daisy Yang

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ABOUT THE SPEAKER
Andrea Ghez - Astronomer
Andrea Ghez is a stargazing detective, tracking the visible and invisible forces lurking in the vastness of interstellar space.

Why you should listen

Seeing the unseen (from 26,000 light-years away) is a specialty of UCLA astronomer Andrea Ghez. From the highest and coldest mountaintop of Hawaii, home of the Keck Observatory telescopes, using bleeding-edge deep-space-scrying technology, Ghez handily confirmed 30 years of suspicions of what lies at the heart of the Milky Way galaxy -- a supermassive black hole, which sends its satellite stars spinning in orbits approaching the speed of light.

Ghez received a MacArthur "genius grant" in 2008 for her work in surmounting the limitations of earthbound telescopes. Early in her career, she developed a technique known as speckle imaging, which combined many short exposures from a telescope into one much-crisper image. Lately she's been using adaptive optics to further sharpen our view from here -- and compile evidence of young stars at the center of the universe.

More profile about the speaker
Andrea Ghez | Speaker | TED.com

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