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银河系中心真的有黑洞吗？如果有，它到底有多大？

目前的数据间接证明了，我们所处的银河系中心确实有一个黑洞，而且是超大质量的黑洞。它处于人马座A结构中，我们称这个黑洞为人马座A*。其质量大约为400多万个太阳质量，直径约为4400万千米。本文将简略的介绍这个黑洞。

人马座A*位于银河系中心，是靠近人马星座和天蝎星座边界的一个明亮而致密的无线电波源（astronomical radio source）。它是一个更大的天文特征结构的一部分，这部分被称为人马座A。人马座A* 这个位置附近被认为有一个超大质量的黑洞，和现在普遍认为位于大多数螺旋星系和椭圆星系中心的那些黑洞一样。

在围绕人马座A*的轨道上观测到的S2（恒星）显示了银河系中心超大质量天体的存在，并得出有关该天体的数据，从而得到了一种结论,人马座A*附近存在一个黑洞。

人马座A *（中心）和最近一次爆炸产生的两个轻微回波（带圆圈），图：NASA

中心黑洞

根据目前的数据，人马座A*射电发射似乎不是以空穴（洞）为中心，而是由黑洞周围区域中的亮点产生，靠近事件视界；发射源可能是在吸积盘中，或者是从盘中喷出的相对论性物质射流中。如果人马座A *的明显位置正好位于黑洞的中心位置，那么由于引力透镜，它可能会被放大到超出其实际的大小。 根据广义相对论，这将导致观测大小的最小数据至少为黑洞史瓦西半径的5.2倍，对于大约400万个太阳质量的黑洞来说，这相当于最小观测大小约为52μs（微角秒），这比以往观察到的37微角秒的大小要大得多。

天文学家相信，人马座A*的这些观测为我们提供了很好的证据，再结合经验判断，银河系中心确实有一个超大质量黑洞，距我们太阳系有约26000光年之远，因为有：

l恒星S2遵循椭圆轨道，周期为15.2年，并且距离中心物体中心的光点（最近距离）为17光时（1.8×10的13次方米）。

l根据恒星S2的运动，该天体的质量可以估计为410万个太阳质量。(相应的史瓦西半径为0.08AU/1200万km/740万英里；比太阳半径大17倍)。

l中心物体的体积可以进一步受到恒星S0-16（也称为S14）的轨道的约束，该轨道在45 AU内没有碰撞。

但是现在，黑洞质量和直径的估计主要受到与物体距离的不确定性的限制。

人马座A *的质量以两种不同的方式估算

第一种：德国和美国的两个研究小组监测了黑洞附近单个恒星的轨道，并利用开普勒定律推断出封闭的质量。德国研究小组计算出4.31±38万个太阳质量的超大质量黑洞，而美国研究小组计算的是3.7±20万个太阳质量。考虑到这个质量被限制在直径4400万千米的球体内，因此这产生的密度比先前的估计值密度要高出十倍。

第二种：最近，在离黑洞大约1秒差距内测量了几千颗恒星样本的自行运动，结合统计技术，得出了黑洞质量估计值为3.6+0.2(或3.6-0.4)×106个太阳质量(M) ，加上1秒差距中心分布的质量，总质量可以达到（1±0.5）×106个太阳质量。后者被认为是由恒星和恒星残余物组成的。

观察与描述

由于尘埃和气体阻挡了在其光源和地球之间很多的光(消光)，所以其亮度已经暗于25（等），也就是说天文学家无法在光谱中观测到人马座A*。

几个研究小组试图使用超长基线干涉测量法（VLBI）在无线电频谱中对人马座A *进行成像。目前最高分辨率的测量，在1.3毫米的波长下进行，表明光源的角直径为37微角秒（1角秒=100万微角秒）。这是什么概念？距离26000光年，它的直径仅仅4400万公里。相比之下我们打个比方，地球距离太阳平均为1亿5000万公里，水星在近日点时距太阳的距离约为4600万公里。其观测难度可见一斑。

人马座A*的自行运动中，对于赤经的运动，大约每年-2.70mas（毫角秒），对于赤纬运动，大约每年-5.6mas（毫角秒）。

截至2017年4月，已经有了用事件视界望远镜直接拍摄的人马座A*的无线电图像，但数据仍在处理中，图像尚未发布。“事件视界”望远镜使用干涉法将从地球上不同地方的广泛间隔的观测站拍摄的图像组合起来，以便获得更高的图像分辨率。

从人马座A *中检测到的异常明亮的X射线耀斑，图：NASA/CXC/Stanford/I. Zhuravleva et al.

历史

卡尔·央斯基（Karl Jansky），被认为是射电天文学之父，在1931年8月发现一个射电信号来自银河系中心的一个位置，朝向人马座的方向。

1974年2月13日和15日，天文学家布鲁斯·巴里克（Bruce Balick）和罗伯特·布朗（Robert Brown）使用国家射电天文观测台的基线干涉仪发现了人马座A *。人马座A *这个名字是布朗在1982年的论文中创造的，因为无线电源是“令人兴奋的”，原子的激发状态用星号表示。

2002年10月16日，由马克斯普朗克外星物理研究所的赖因哈德·根策尔（Reinhard Genzel）领导的一个国际小组在十年内观察了人马座A *附近的S2恒星的运动。根据研究小组的分析，这些数据排除了人马座A*包含一群暗恒星物体或大量简并费米子（degenerate fermions）的可能性，从而增加了大质量黑洞的证据的可信度。S2的观测使用近红外（NIR）干涉测量法（在K波段，即2.2μm），因为在这个波段减少了星际消光。使用SiO天文物理迈射将NIR图像与无线电观测对准，因为它们可以在NIR和无线电波段中被观察到。 S2（以及其他附近恒星）的快速运动很容易与视线中较慢的运动恒星相抵，因此可以从图像中减去这些多余的图像。

人马座A*的VLBI无线电观测也可以与图像中心对准，因此可以看到围绕人马座A*的S2恒星轨道走向。通过研究S2的开普勒轨道，他们可以确定人马座A*的质量大约为2.6±0.2百万个太阳质量，被限制在半径不超过17光时（120AU）的体积内；后来对恒星S14的观测表明，该天体在半径不大于6.25光时（45 AU）或大约67亿公里的体积内，质量约为410万个太阳质量。S175在相似的距离内通过。为了作比较，史瓦西半径（Schwarzschild radius）为0.08 AU。 他们还确定了从地球到银河系中心（银河系的自转中心）的距离(这对于校准天文距离标度很重要)，其值约为8.0±0.6×103秒差距。

2004年11月，一个天文学家小组报告发现了一个潜在的中等质量黑洞，称为GCIRS 13E，其轨道距离人马座A*有3光年远。这个1300个太阳质量的黑洞位于七颗星团之内。这一观察可能会增加超大质量黑洞通过吸积附近较小的黑洞和恒星而增长的观点的可信度。

在监测人马座A *周围的恒星轨道16年后，Gillessen等人估计，该天体的质量为4.31±0.38百万个太阳质量。 结果于2008年公布，并于2009年在《天体物理学杂志》上发表。该研究的团队负责人赖因哈德·根策尔（Reinhard Genzel）表示，该研究已经提供了“现在被认为是超大质量黑洞确实存在的最佳经验证据”。银河系中心的恒星轨道显示出其中心质量浓度为4 百万个太阳质量，显然它必须是一个黑洞，这将是毫无疑问的。”

2015年1月5日，美国国家航空航天局报告称，从人马座A *观察到的X射线耀斑比平时亮400倍，这数据破了以往观测的纪录。根据天文学家的说法，这种不寻常的事件可能是由于小行星撞入黑洞或者流入到人马座 A *的气体中，引起了磁场线的缠绕。

尘埃云G2穿过银河系中心的超大质量黑洞。图：ESO/A. Eckart

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银河系中心真的在人马座吗，夏秋如何观测到银心？

万物都有个中心，宇宙本身也不例外，这已经成为自然界普遍规律。就此而言，人类是没法追求真正的平等的，或者说人类对平等的追求不具备合理性，平等只能作为一个虚无缥缈的理想主义幻想符号。我们所在的银河系也有个中心，那么，银心在哪？

银河系的中心，就是银河系的星系核，也叫银心，就是银河系的自转轴与银道面的交点。人类通过长期的观测和历史知识的积累发现，在银河系的中心凸出部分，呈很亮的球状，直径约为两万光年，厚1万光年，这个区域由高密度的恒星组成。射电望远镜发现，银河系中心处有一个很强的射电源，活动十分剧烈，它被命名为人马座A*。

人马座A*

有人认为，如果银河系中心核的半径不大于0.32616光年，即不大于0.3光年的话，就意味着这里很可能是一个大质量的致密天体的中心，甚至是一个黑洞。但如果中心核的半径为1.95696光年，那么它就算不是一个黑洞，也该是一个质量很大的物质团，其中包含着相当于200万个太阳质量的物质。德国科学家在2008年最终证实，与地球相距2.6万光年的“人马座A”确实是一个质量超大的黑洞（质量约为太阳的400万倍）。

经观察，如果这个人马座A*确实是银河系中心的话，那么他应该确位于人马座方向，坐标为﹕赤经17°42′29″﹐赤纬-28°59′18″。不过，如果有人据此认为银心就在人马座却是不准确的，正确的说法应该是：银心在地球人所观测到的人马座方向上，而不是在人马座中。

星座

星座本来是用于确定天空方位的手段，在航海领域应用颇广。对星座的划分完全是人为的，不同的文明对于其划分和命名都不尽相同，因此星座一直没有统一规定的精确边界。直到1930年，国际天文学联合会为了统一繁杂的星座划分，用精确的边界把天空分为八十八个正式的星座，使天空每一颗恒星都属于某一特定星座。这些正式的星座名称大多都以中世纪传下来的古希腊神话为基础。

星座主要是影像在天球所呈现的视觉归类，但这些恒星其实相互间不一定有实际的力学关系，其实它们之间可能相距很远，并非是天文学上的恒星组合团体。比如，人马座的南斗六星中最远的人马座μ离地球约为3000光年，其他五星最多不过200多光年，有的才几十光年，而作为银河系中心的人马座A*离地球则达2.6万光年。

那么，我们如何才能观察到银河系中心呢？这需要我们首先要搞清楚地球与银河系中心的相对位置。

地球与银河系中心的相对位置

银河系有四条巨型旋臂结构，而太阳系则位于半人马旋臂与英仙座旋臂之间，这两条旋臂都属于银河系的主旋臂，在这些主旋臂之间还拥有一些次级旋臂，太阳系就位于作为次级旋臂的猎户座旋臂上。太阳距银心约十千秒差距，位于银道面以北约八秒差距。从直观的视觉上看，人马座正对着银心方向，它里面的星团和星云特别多，这使得银心与太阳系之间充斥著大量的星际尘埃，所以人类是无法用肉眼看到银心的，在北半球即便用光学望远镜也难以在可见光波段看到银心，只有用射电望远镜或红外望远镜才能够观察到。不过，人类虽然在通常情况下难以看到银心，但如果方法合适，我们也能够观察到银心周边的一些景象。

人马座

首先，我们要找到人马座，因为银心就在人马座方向，这部分银河是最宽最亮的。人马座是一个十分壮观的星座，每年夏天是最适于观测人马座的季节，从天鹰座的牛郎星沿着银河向南就可以找到人马座。6月底7月初时，太阳刚刚落山，人马座便从东方升起，整夜都可以看见它。每年7月7日子夜，人马座中心经过上中天。人马座是黄道12星座之一，它的东边是摩羯座、西边是天蝎座。由于人马座的位置比较偏南，所以地球上北纬78°以北的地区看不到这个星座，北纬45°以南的地区才能够看到完整的人马座，我国绝大部分地区都能看到完整的人马座。

人马座

人马座（Sagittarius），又叫射手座，是一个南天黄道带的星座，面积867.43平方度，占全天面积的2.103%，在全天88个星座中，面积排行第十五。人马座的范围比较大，所包含的亮星比较多，2等星2颗，3等星8颗。这个星座中的天体主要是银河深处的宇宙天体，包括发射星云和暗星云,疏散星团和球状星团以及行星状星云。人马座有多达15个梅西耶天体——这是所有星座中最多的。除了三叶星云之外，另外还有14个梅西叶天体，如著名的礁湖星云M8、马蹄星云M17等等，三叶星云在梅西叶星表中排行20，简称M20。它就在南斗六星斗柄尖上那颗较亮的人马座μ星的西南方大约4°远处。三叶星云距离我们5600光年之遥。如果你能看到三叶星云，则说明你的视觉离银心就更近了一步，这是我们通常人能做到的，用一般的小型天文望远镜或双筒望远镜就可以观测到。

三叶星云

三叶星云是一个有着比较明亮色彩的星云，而且它的面积也是比较大的，这属于一种反射与发射混合型的星云。科学研究者之所以将这个发现称之为三叶星云，是因为在这个星体上面存在着三条十分明显的黑道，犹如三片明亮的树叶紧紧联结到一起，因此，科学家便以此名为其命名。不过，也有研究者将这种星云称之为三裂星云。由于这个星云的颜值非常高，所以，这个星云也一直都特别吸引探索者，不断对其展开研究，这样高颜值的星云就坐落于人马座。有很多天文探索者，他们不断的借助于一些大型的望远镜对三叶星云进行观测与拍照，并发现这个星云的色彩十分的艳丽，能够见到这个星云的观测者无不被它的美丽而震惊到，因为它有着非常艳丽的桃红色，犹如桃花一般，而且在它的旁边还有一个蓝色的小花，这种现象看上去非常的漂亮。

最后，我们还要注意不要混淆人马座和半人马座的区别。其一，就是方位不同，其中人马座属于黄道星座的一员，位于蛇夫座以东，摩羯座以西；而半人马座属于南天星座，位于长蛇座以南，豺狼座与船帆座之间，北方人一般看不到；其二，是亮度不同，其中人马座中亮于5.5等的恒星有65颗，最亮星为箕宿三，而半人马座中亮于6等的星有193颗，其中亮于4等的星有28颗。

半人马座

说一个有趣的事情。半人马座有一颗星是离地球最近的恒星，它是由天文学家罗伯特·因尼斯（Robert Innes）于1915年在南非发现的，他属于天文学上被称之为南门二（半人马座α）的这颗三合星的第三颗星，依拜耳命名法也称为半人马座α星C，西名Proxima。

半人马座α星C是离太阳系最近的恒星，仅有4.22光年，真是“天涯若比邻”，中国人将他称之为比邻星。比邻星是一颗红矮星，位于从地球看位于西南方向2度的位置，它的视星等是11等，绝对星等是非常弱的15.5等。由已知它的距离，推算比邻星实际直径大约是太阳的1\7，质量大约是太阳的1\8。