sagittariusa黑洞）
·描述：銀河係中心的超級黑洞
·身份：人馬座方向的超大質量黑洞，距離地球約26,000光年
·關鍵事實：質量約為430萬太陽質量，2022年事件視界望遠鏡成功獲得其首張圖像，證實了銀河係中心黑洞的存在。
sagittariusa：銀河係心臟的“引力之王”上篇）
當我們仰望銀河，那條橫亙夜空的乳白色光帶，是銀河係盤的恒星集合——我們的家園星係，一個包含4000億顆恒星的棒旋星係。在這片璀璨的背後，隱藏著一個“沉默的巨人”：它坐落在銀河係中心的人馬座方向，距離地球2.6萬光年，質量是太陽的430萬倍，引力之強足以扭曲周圍時空，連光線都無法逃脫。它就是sagittariusa人馬座a），銀河係中心的超大質量黑洞，也是人類目前能“看見”自身星係核心的唯一直接證據。
一、銀河係中心的“迷霧”：從古代猜想到現代觀測的突破
人類對銀河係中心的想象，貫穿了整個天文史。古埃及人將銀河視為“尼羅河的延伸”，認為它是通往天堂的河流；古希臘哲學家德謨克利特猜測銀河是“無數恒星的集合”，但受限於觀測技術，沒人能看清中心的樣子。直到17世紀，伽利略用望遠鏡指向銀河，才發現它是由密密麻麻的恒星組成——但銀河中心的區域，始終被濃厚的星際塵埃遮擋：這些塵埃顆粒直徑約0.1微米）吸收了可見光，讓中心區域在望遠鏡中變成一片“黑斑”，仿佛宇宙的“隱秘角落”。
1.射電望遠鏡的“透視眼”：第一次“看見”中心
20世紀50年代，射電天文學的興起打破了這一僵局。射電波能穿透塵埃，讓天文學家“看穿”銀河係的中心。1950年代，澳大利亞天文學家用射電望遠鏡發現銀河係中心有一個強射電源；1974年，美國天文學家布魯斯·巴裡克brucebaick）和羅伯特·布朗robertbron）用甚大陣射電望遠鏡va）進行高分辨率觀測，終於定位到一個直徑僅0.3角秒的致密射電源——它位於銀河係中心的“銀心”gaacticcenter），坐標為人馬座b2區域附近。布朗將其命名為sagittariusasgra），意為“人馬座a的致密核心”。
2.早期的爭議：是黑洞還是中子星團？
sgra的發現引發了激烈爭論：這個致密天體究竟是什麼？當時有兩種主流假設：
中子星團：由大量中子星緊密堆積而成，總質量達到百萬太陽級；
超大質量黑洞：一個單一的致密天體，質量超過奧本海默沃爾科夫極限約3倍太陽質量），無法通過中子簡並壓抵抗引力。
但中子星團的模型很快被推翻：中子星的密度約為101?g3，若要堆積成百萬太陽質量的天體，其直徑至少要達到100公裡——但sgra的射電輻射區域直徑僅約10倍史瓦西半徑約1200萬公裡），遠小於中子星團的預期大小。相比之下，黑洞的模型更合理：它的事件視界史瓦西半徑）僅約1200萬公裡，能將所有質量壓縮在一個“無體積”的奇點，完美解釋其致密性。
二、質量的“稱重”：用恒星運動軌跡破解黑洞之謎
要證明sgra是超大質量黑洞，最直接的證據是測量其質量——隻有質量足夠大、體積足夠小，才能滿足黑洞的條件。而測量銀河係中心天體質量的“鑰匙”，藏在周圍恒星的運動軌跡裡。
1.長達20年的“恒星追蹤”：genze團隊的突破
從1990年代開始，德國天文學家賴因哈德·根策爾rein）領導的團隊，用歐洲南方天文台的新技術望遠鏡ntt）和甚大望遠鏡vt），對人馬座中心區域進行長期紅外觀測。紅外光能穿透塵埃，讓他們能追蹤到靠近sgra的恒星運動。
2.s2恒星：銀河係中心的“短跑冠軍”
1996年，團隊發現了一顆編號為s2的恒星——它是目前已知離sgra最近的恒星，軌道周期僅16年相比之下，太陽係中neptune的周期是165年）。通過持續觀測，團隊繪製出s2的完整橢圓軌道：
半長軸：1000天文單位au，約1.5億公裡）；
近心點距離：17光小時約1.8x1013公裡，相當於太陽到地球距離的120倍）；
近心點速度：2.7光速約8000公裡秒）——這是人類觀測到的恒星最高速度之一。
3.開普勒定律的“終極驗證”：計算中心質量
根據開普勒第三定律，恒星的軌道周期t）與中心天體質量）的關係為：
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a3
其中，g是引力常數，a是軌道半長軸。代入s2的數據：
t=16年=5.04x10?秒；
a=1000au=1.5x101?米；≈4.3x10?☉太陽質量）。
4.體積的“極限壓縮”：證明是黑洞
更關鍵的是，sgra的角直徑僅為約40微角秒通過vbi觀測）。根據角直徑與距離的關係，其物理尺寸約為：esd=40\ties106\text角秒\ties2.6\ties104\text光年\approx1.2\ties1010\text米c2≈1.2x101?米）——意味著sgra的所有質量都被壓縮在事件視界內，沒有任何其他結構能容納這麼大的質量在這麼小的空間裡。sgra是黑洞，而且是超大質量黑洞。
三、sgra的“身份證”：基本屬性與宇宙對比
現在，我們已經明確了sgra的核心參數：☉約為銀河係總質量的0.0001）；
距離：2.6x10?光年約2.46x102?公裡）；
史瓦西半徑：r_s≈1.2x101?米約1200萬公裡，相當於水星軌道半徑的13，或地球到月球距離的3倍）；
自轉速度：約0.9倍光速通過吸積盤的偏振觀測推斷，屬於“高速自轉黑洞”）。
1.與其他黑洞的“體型”對比☉，史瓦西半徑10300公裡比如igo探測到的g黑洞，質量29+36☉，r_s≈170公裡）；☉，史瓦西半徑3x10?3x10?公裡比如ngc1313x1，質量約2x10?☉，r_s≈6x10?公裡）；☉，r_s≈1.2x101?公裡——是恒星級黑洞的100倍，中等質量黑洞的2倍。
2.“安靜”的黑洞：為什麼sgra不“亮”？
與類星體或活動星係核agn）相比，sgra顯得異常“安靜”——它的亮度僅為103?瓦相當於100個太陽的亮度），而87另一個已成像的超大質量黑洞）的亮度是它的1000倍。原因在於吸積率極低：
黑洞的亮度來自吸積盤的輻射——當氣體落入黑洞時，摩擦加熱到數百萬度，發出x射線和伽馬射線。☉年每年吞噬約10??倍太陽質量的氣體），而87的吸積率是10??☉年——相當於sgra每10萬年才吞噬一顆太陽質量的物質，因此輻射極弱。
四、周圍的“舞台”：恒星、氣體與吸積盤
儘管sgra很安靜，它的周圍卻是一個“熱鬨的小宇宙”：數百顆恒星以極高的速度繞其運轉，稀薄的氣體形成吸積盤，偶爾還會爆發x射線耀發。
1.恒星“舞蹈團”：s星團的軌道
除了s2，團隊還發現了約100顆圍繞sgra運轉的恒星，統稱為s星團scuster）。這些恒星的軌道都是高度橢圓的，近心點距離從幾光年到幾十光小時不等。比如：
s62：軌道周期僅9.9年，近心點距離僅2.6光小時約2.8x1012公裡），速度達3光速；
s4714：近心點距離僅1.2光小時約1.3x1012公裡），速度達3.7光速——比s2更快。
2.吸積盤：稀薄的“熱氣體環”
sgra的吸積盤由電離氣體主要是氫和氦）組成，厚度約10倍史瓦西半徑，直徑約100倍史瓦西半徑約1.2x1012公裡）。吸積盤的溫度約為10?k百萬度），發出軟x射線波長0.110納米）和近紅外線波長15微米）。
2019年，錢德拉x射線望遠鏡觀測到sgra的x射線耀發：亮度突然增強100倍，持續幾分鐘。模型顯示，這是吸積盤內的氣體團塊落入黑洞時，摩擦加熱到更高溫度10?k）所致——相當於“黑洞打了個‘嗝’”。
3.噴流：指向銀河係的“宇宙燈塔”
sgra還有雙向噴流：從黑洞兩極噴出的高速等離子體流，延伸至數千光年外。噴流的速度約為0.1倍光速，由黑洞的自轉和磁場驅動布蘭福德茨納耶克機製）。
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噴流的存在，證明sgra並非“完全安靜”——它仍在通過噴流向銀河係注入能量。這些噴流會加熱周圍的星際介質，抑製恒星形成——這是超大質量黑洞“調控”星係演化的重要方式。
五、科學意義：銀河係的“演化引擎”
sgra的重要性，遠不止於它是“銀河係的黑洞”——它是研究超大質量黑洞與星係協同演化的唯一“活樣本”：
1.黑洞與星係的“共生關係”
根據“宇宙學模擬”，超大質量黑洞與星係的形成是同步的：
星係合並時，氣體向中心聚集，形成黑洞；
黑洞通過吸積和噴流釋放能量，加熱星際介質，阻止過多的恒星形成——避免星係變得過大；_☉）與銀河係核球的質量約101?☉）正好符合這一關係。
2.測試廣義相對論的“宇宙實驗室”
sgra的史瓦西半徑約為1200萬公裡，雖然遠，但已足夠讓我們測試廣義相對論的預測：
恒星軌道的進動：根據廣義相對論，s2恒星的軌道會因黑洞的自轉產生“進動”類似於水星近日點進動，但幅度更大）。2020年，genze團隊觀測到s2的進動，與廣義相對論的預測一致——這是廣義相對論在強引力場下的又一次驗證。
事件視界的陰影：2022年，事件視界望遠鏡eht）拍攝到sgra的圖像，顯示出一個明亮的環狀結構——這是黑洞周圍的光子捕獲區，中心是黑色的陰影事件視界）。圖像與廣義相對論的模擬完全一致，徹底證實了黑洞的存在。
六、結語：2.6萬光年外的“引力之眼”