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第40章 sagittarius a(第1页)

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sagittaria(黑洞)·描述:银河系中心的超级黑洞·身份:人马座方向的超大质量黑洞,距离地球约26,000光年·关键事实:质量约为430万太阳质量,2022年事件视界望远镜成功获得其首张图像,证实了银河系中心黑洞的存在。

sagittaria:银河系心脏的“引力之王”

(上篇)当我们仰望银河,那条横亘夜空的乳白色光带,是银河系盘的恒星集合——我们的家园星系,一个包含4000亿颗恒星的棒旋星系。

在这片璀璨的背后,隐藏着一个“沉默的巨人”

:它坐落在银河系中心的人马座方向,距离地球26万光年,质量是太阳的430万倍,引力之强足以扭曲周围时空,连光线都无法逃脱。

它就是sagittaria(人马座a),银河系中心的超大质量黑洞,也是人类目前能“看见”

自身星系核心的唯一直接证据。

一、银河系中心的“迷雾”

:从古代猜想到现代观测的突破人类对银河系中心的想象,贯穿了整个天文史。

古埃及人将银河视为“尼罗河的延伸”

,认为它是通往天堂的河流;古希腊哲学家德谟克利特猜测银河是“无数恒星的集合”

,但受限于观测技术,没人能看清中心的样子。

直到17世纪,伽利略用望远镜指向银河,才发现它是由密密麻麻的恒星组成——但银河中心的区域,始终被浓厚的星际尘埃遮挡:这些尘埃颗粒(直径约01微米)吸收了可见光,让中心区域在望远镜中变成一片“黑斑”

,仿佛宇宙的“隐秘角落”

1射电望远镜的“透视眼”

:第一次“看见”

中心20世纪50年代,射电天文学的兴起打破了这一僵局。

射电波能穿透尘埃,让天文学家“看穿”

银河系的中心。

1950年代,澳大利亚天文学家用射电望远镜发现银河系中心有一个强射电源;1974年,美国天文学家布鲁斯·巴里克(brucebalick)和罗伯特·布朗(robertbrown)用甚大阵射电望远镜(v)进行高分辨率观测,终于定位到一个直径仅03角秒的致密射电源——它位于银河系中心的“银心”

(gacticcenter),坐标为人马座b2区域附近。

布朗将其命名为sagittaria(sgra),意为“人马座a的致密核心”

2早期的争议:是黑洞还是中子星团?sgra的发现引发了激烈争论:这个致密天体究竟是什么?当时有两种主流假设:中子星团:由大量中子星紧密堆积而成,总质量达到百万太阳级;超大质量黑洞:一个单一的致密天体,质量超过奥本海默-沃尔科夫极限(约3倍太阳质量),无法通过中子简并压抵抗引力。

但中子星团的模型很快被推翻:中子星的密度约为101?g3,若要堆积成百万太阳质量的天体,其直径至少要达到100公里——但sgra的射电辐射区域直径仅约10倍史瓦西半径(约1200万公里),远小于中子星团的预期大小。

相比之下,黑洞的模型更合理:它的事件视界(史瓦西半径)仅约1200万公里,能将所有质量压缩在一个“无体积”

的奇点,完美解释其致密性。

二、质量的“称重”

:用恒星运动轨迹破解黑洞之谜要证明sgra是超大质量黑洞,最直接的证据是测量其质量——只有质量足够大、体积足够小,才能满足黑洞的条件。

而测量银河系中心天体质量的“钥匙”

,藏在周围恒星的运动轨迹里。

1长达20年的“恒星追踪”

:nzel团队的突破从1990年代开始,德国天文学家赖因哈德·根策尔(rehardnzel)领导的团队,用欧洲南方天文台的新技术望远镜(ntt)和甚大望远镜(vlt),对人马座中心区域进行长期红外观测。

红外光能穿透尘埃,让他们能追踪到靠近sgra的恒星运动。

2s2恒星:银河系中心的“短跑冠军”

1996年,团队发现了一颗编号为s2的恒星——它是目前已知离sgra最近的恒星,轨道周期仅16年(相比之下,太阳系中neptune的周期是165年)。

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