銀心的黑洞有多大？又如何準確測算？還是VLBI射電鏡立了首功

人類賴以生存的地球，位於銀河系獵戶座旋臂邊緣的太陽系中，從人類仰望星空開始一直都在探索，特別是我們所在的銀河系，更是付出了難以想像的努力，當然我們現在已經知道，銀河系的中心是一個黑洞，但它是如何發現的，它的質量又是根據什麼原理計算出來的，請跟隨本文來作個簡單的了解！

一、銀河系認知簡史

曾經我們以為太陽就是銀河系的中心，這和當年的地心說如出一轍，因為地球的自轉以及觀測設備的精度所限，我們觀測到銀河系的中心是太陽系也屬正常，但隨著觀測數據的積累、技術的提升，漸漸發現銀河系是一個龐大的星系，直徑高達10萬光年（最新觀測認為銀河系直徑達20萬光年），是一個棒旋星系。

整個銀河系包括了1000-4000億顆恆星，太陽系則位於獵戶座懸臂的邊緣，距離銀心約為2.6萬光年！

銀河系在棒旋星系中屬於SBb型，即有多條旋臂的棒旋星系，而銀心則由於銀盤面上塵埃的遮擋，影影綽綽一直都看不清楚。

二、黑洞是怎麼發現的，銀心黑洞又是怎麼發現的？

黑洞曾經是相對論中預言的天體，當然在今年4月10日晚公布的M87*黑洞已經讓各位親眼目睹到5500萬光年外M87星系中心的黑洞模樣，但第一個黑洞是怎麼發現的，銀心黑洞又是怎麼發現的，也許可能並不清楚，我們簡單來了解下。

1、天鵝座X-1黑洞

這是位於天鵝座方向一個雙星系統，是最早被認為是黑洞的系統之一，它在1965年被發現，是一個超強X射線源！它的發現要得益於附近的一顆藍超巨星，這是一顆質量約為太陽20-40被，直徑超過2500萬千米，光譜為B0，星等為8.9等的變星！

而在它的附近有一個緻密天體，一直通過它的洛希瓣在吞噬這顆藍超巨星的氣體，天文學家也是其吞噬物質時候發出的超強X射線發發現這個緻密天體，根據受到的擾動，天文學家計算出這個看不見的緻密天體的質量為太陽的8.7倍，奧本海默極限以上的天體都將坍縮成黑洞，因此這就是天鵝座X-1黑洞的來歷。

上圖是天鵝座X-1的射電成像圖，左側是一團稠密星際塵埃雲，左側X-1黑洞的強大噴流已經在這團塵埃雲中吹出了一個「氣泡」！

2、銀心黑洞

儘管科學家一直都猜測銀河系中心是一個巨大的黑洞，因為只有黑洞的質量才能HOLD住整個銀河系超過數千億個小兄弟，但懷疑歸懷疑，科學是講究證據的！當然隨著X射線望遠鏡技術的成熟，銀心黑洞Sgr A*黑洞也逐漸露出猙獰的面目！

與銀道面附近的天鵝座不一樣，銀心的塵埃帶更為厚實，在很多銀心區域的星野照片中，我們就能發現銀心區域那些斑斑駁駁的的畫面，如下圖所示：

各位可不要認為銀心就是這樣哦，只是因為銀盤慢上環繞銀心的塵埃帶，太陽系位置望向銀河系中心，中間相隔2.6萬光年的星際塵埃，那個密不透光，即使密集的銀心光線也無法穿透！

但X射線天文的出現拯救了天文學家，它超強的穿透力得以穿過高達2.6萬光年的銀盤面塵埃帶，被在近地軌道上運行的X射線觀測衛星發現！

上圖是銀心黑洞Sgr A*在2013年一次X射線耀斑爆發前後的動圖對比，我們可以根據其X射線爆發的強度推斷出銀心黑洞一直在吞噬物質 ！

三、銀心黑洞的質量是根據什麼原理測算的？

看不見的銀心我們很難計算它的質量，因為它沒有一顆供它吞噬的巨大伴星，因此從引力擾動的基礎上基本就已經把路子堵死了！但比較幸運的是天文學家觀測到有數十顆恆星在圍繞銀心這個看不見的黑洞公轉！

上圖是ESO去除了銀心塵埃干擾後恆星圍繞銀心公轉的示意圖，理論上我們可以根據任意一顆恆星，通過萬有引力定律即可計算出銀心的質量，公式如下：

理論上我們只要獲知幾個參數即可：

1、恆星和黑洞之間的距離

2、恆星的質量

3、恆星的公轉軌道與速度

通過公轉軌道與速度測算出恆星的「離心力」=相互之間的引力F，再從距離推算出黑洞的質量，但恆星在核球處同樣受到塵埃帶的影響，因此準確測得相關參數這非常關鍵！

對銀心附近恆星的觀測。實心圓圈為已經觀測到的恆星位置，虛線則由觀測結果推算出的恆星軌道。我們可以看到迄今位置只有S2完成了繞銀心轉動一周的運動！

請注意上圖淡藍色的軌跡，從1996-2016這21年中的15年內就已經完成了一次閉合公轉，VLBI(甚長基線干涉測量技術)在1.3毫米至0.87毫米的波長上對銀心附近20顆亮星進行了高解析度的觀測，其中這顆閉合公轉的恆星S2對我們計算銀心質量提供了極大的幫助，因為S2是唯一一顆在我們觀測周期之內完成公轉的恆星！

天文學家根據取得觀測數據，計算出銀河系中心黑洞Sgr A*黑洞的質量為太陽的430萬倍，比早先觀測計算的400萬倍稍高一些！

四、VLBI（甚長基線干涉測量）技術

上文說到了VLBI技術，簡單的說就是把幾個小望遠鏡甚至是陣列用VLBI技術連起來，達到一個超大口徑望遠鏡的觀測效果，儘管它用的是在解析度更低的電磁波段，但它使用更容易製造大口徑與同步觀測的射電望遠鏡，對目標進行超大口徑的精細化觀測！值得一提的是今年4月10日對M87*黑洞的成像用的就是VLBI技術！

上圖是對銀心觀測時的VLBI陣列，其實銀心黑洞的「曝光」早已結束，只不過M87*黑洞先處理了而已，對於Sgr A*黑洞的實體圖像是指日可待的！

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