物理3 拉希德·苏尼亚耶夫：俄罗斯天体物理学家获得2021年诺奖
2021年诺贝尔物理学奖得主
拉希德·苏尼亚耶夫（Rashid Sunyaev）
撰文 | 吴寅昊
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在网络上搜索他的名字，你会知道他生于1943年3月1日，在1974年拿到了莫斯科物理技术研究所（MIPT）的教职。在接下来的几十年里，他先后在俄罗斯科学院、德国马克思·普朗克研究所以及普林斯顿任教。 你能知道他获得了众多奖项，比如在2008年获得了克拉福德奖、2011年获得了京都奖、2017年获得了引文桂冠奖、2019年获得了狄拉克奖，甚至在2014年还成为了中国科学院的爱因斯坦学者。
但其实，在1974年之前，苏尼亚耶夫的经历为他一生奠定了重要的基础。1972年，苏尼亚耶夫与老师雅科夫·泽尔多维奇（Yakov Zeldovich）一起发表了名为《The observations of relic radiation as a test of the nature of X-ray radiation from the clusters of galaxies 》的论文。在这篇文章中，苏尼亚耶夫与泽尔多维奇讨论了星系团对宇宙微波背景辐射（CMB）可能产生的影响。他们认为，星系团中的高能电子与宇宙微波背景辐射中的光子会发生逆康普敦散射，随后，高能电子的部分能量转移到宇宙微波背景辐射中的低能光子中，从而使得光子的总能量增加，宇宙微波背景辐射不再是理想的黑体辐射。 这一效应被命名为苏尼亚耶夫-泽尔多维奇效应（Sunyaev–Zeldovich effect）。 利用这个效应，天文学家们可以检测宇宙中的物质分布、确定哈勃常数的数值、星系团中热等离子体的质量等等。此外，在亚毫米波段利用望远镜已经观测到了该效应中预言的扭曲现象，这将帮助天文学家找到因为距离或亮度而无法利用传统方法发现的星系星团。
在这里，笔者也要特地提一下泽尔多维奇教授。雅科夫·泽尔多维奇生于1914年，于1987年去世。作为一位头像出现在俄罗斯邮票上的科学家，对于前苏联人来说，泽尔多维奇教授无疑是他们的国家英雄，因为他参与主持研发了苏联的第一枚氢弹。 而对于科学家们来说，泽尔多维奇这个名字是一个传奇。有位科学家（据说是已故物理学家斯蒂芬·霍金）曾经在与泽尔多维奇的交流中表示：“在我遇到您以前，我以为泽尔多维奇是一个类似于布尔巴基一样的集体笔名。” 泽尔多维奇本人没上过大学，但是凭借自身的天赋和努力，在物理化学、天体物理、核物理等领域均建树颇丰，除了苏尼亚耶夫-泽尔多维奇效应和刚刚提到的参与氢弹研制之外，泽尔多维奇还是最早提出类星体的能量来自超大质量黑洞吸积的人。笔者在此表达一下对泽尔多维奇教授的尊敬。
在苏尼亚耶夫-泽尔多维奇效应提出一年后，苏尼亚耶夫与另一位天体物理学家尼古拉·沙库里（Nikolai Shakura）合作发表了名为《Black holes in binary systems. Observational appearance 》的文章。在该文中，苏尼亚耶夫与沙库里提出了黑洞吸积盘的第一个解析模型：α模型，也称标准薄盘模型。
这篇文章在无意间开创了黑洞吸积这一至今火热的研究领域，苏尼亚耶夫也因此被黑洞吸积领域的研究者们尊为祖师爷。 自1973年起，黑洞吸积盘的研究也慢慢为人熟知，比如著名科幻电影《星际穿越》中超大质量黑洞 “卡冈图雅” 所展现出的壮观的吸积盘，以及今年上半年事件视界望远镜团队公布的第一张黑洞照片中，M87 星系中心超大质量黑洞朦胧的圆环。值得一提的是，《星际穿越》的科学顾问基普·索恩（Kip Thorne）除了世人皆知的凭借在引力波上的研究而获得2017年诺贝尔物理学奖之外，也是黑洞吸积领域的先驱者之一，在苏尼亚耶夫提出吸积盘标准模型不久，索恩也曾提出了一个黑洞吸积盘的解析模型。有意思的是，索恩的导师约翰·惠勒（John Wheeler）也曾参与美国第一枚氢弹的研制。
就这样，在不到30岁的年纪，苏尼亚耶夫就接连提出两个领域的革命性理论，那时候的他意气风发，但他也许没有意识到，自己的研究会为科学界带来什么。自那时起，拉希德·苏尼亚耶夫这个名字便注定载入了天文学的史册。
制版编辑 | 卢卡斯
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