银心的黑洞有多大？又如何准确测算？还是VLBI射电镜立了首功

BIGBON

人类赖以生存的地球，位于银河系猎户座旋臂边缘的太阳系中，从人类仰望星空开始一直都在探索，特别是我们所在的银河系，更是付出了难以想象的努力，当然我们现在已经知道，银河系的中心是一个黑洞，但它是如何发现的，它的质量又是根据什么原理计算出来的，请跟随本文来作个简单的了解！

一、银河系认知简史

曾经我们以为太阳就是银河系的中心，这和当年的地心说如出一辙，因为地球的自转以及观测设备的精度所限，我们观测到银河系的中心是太阳系也属正常，但随着观测数据的积累、技术的提升，渐渐发现银河系是一个庞大的星系，直径高达10万光年（最新观测认为银河系直径达20万光年），是一个棒旋星系。

整个银河系包括了1000-4000亿颗恒星，太阳系则位于猎户座悬臂的边缘，距离银心约为2.6万光年！

银河系在棒旋星系中属于SBb型，即有多条旋臂的棒旋星系，而银心则由于银盘面上尘埃的遮挡，影影绰绰一直都看不清楚。

二、黑洞是怎么发现的，银心黑洞又是怎么发现的？

黑洞曾经是相对论中预言的天体，当然在今年4月10日晚公布的M87*黑洞已经让各位亲眼目睹到5500万光年外M87星系中心的黑洞模样，但第一个黑洞是怎么发现的，银心黑洞又是怎么发现的，也许可能并不清楚，我们简单来了解下。

1、天鹅座X-1黑洞

这是位于天鹅座方向一个双星系统，是最早被认为是黑洞的系统之一，它在1965年被发现，是一个超强X射线源！它的发现要得益于附近的一颗蓝超巨星，这是一颗质量约为太阳20-40被，直径超过2500万千米，光谱为B0，星等为8.9等的变星！

而在它的附近有一个致密天体，一直通过它的洛希瓣在吞噬这颗蓝超巨星的气体，天文学家也是其吞噬物质时候发出的超强X射线发发现这个致密天体，根据受到的扰动，天文学家计算出这个看不见的致密天体的质量为太阳的8.7倍，奥本海默极限以上的天体都将坍缩成黑洞，因此这就是天鹅座X-1黑洞的来历。

上图是天鹅座X-1的射电成像图，左侧是一团稠密星际尘埃云，左侧X-1黑洞的强大喷流已经在这团尘埃云中吹出了一个“气泡”！

2、银心黑洞

尽管科学家一直都猜测银河系中心是一个巨大的黑洞，因为只有黑洞的质量才能HOLD住整个银河系超过数千亿个小兄弟，但怀疑归怀疑，科学是讲究证据的！当然随着X射线望远镜技术的成熟，银心黑洞Sgr A*黑洞也逐渐露出狰狞的面目！

与银道面附近的天鹅座不一样，银心的尘埃带更为厚实，在很多银心区域的星野照片中，我们就能发现银心区域那些斑斑驳驳的的画面，如下图所示：

各位可不要认为银心就是这样哦，只是因为银盘慢上环绕银心的尘埃带，太阳系位置望向银河系中心，中间相隔2.6万光年的星际尘埃，那个密不透光，即使密集的银心光线也无法穿透！

但X射线天文的出现拯救了天文学家，它超强的穿透力得以穿过高达2.6万光年的银盘面尘埃带，被在近地轨道上运行的X射线观测卫星发现！

上图是银心黑洞Sgr A*在2013年一次X射线耀斑爆发前后的动图对比，我们可以根据其X射线爆发的强度推断出银心黑洞一直在吞噬物质 ！

三、银心黑洞的质量是根据什么原理测算的？

看不见的银心我们很难计算它的质量，因为它没有一颗供它吞噬的巨大伴星，因此从引力扰动的基础上基本就已经把路子堵死了！但比较幸运的是天文学家观测到有数十颗恒星在围绕银心这个看不见的黑洞公转！

上图是ESO去除了银心尘埃干扰后恒星围绕银心公转的示意图，理论上我们可以根据任意一颗恒星，通过万有引力定律即可计算出银心的质量，公式如下：

理论上我们只要获知几个参数即可：

1、恒星和黑洞之间的距离

2、恒星的质量

3、恒星的公转轨道与速度

通过公转轨道与速度测算出恒星的“离心力”=相互之间的引力F，再从距离推算出黑洞的质量，但恒星在核球处同样受到尘埃带的影响，因此准确测得相关参数这非常关键！

对银心附近恒星的观测。实心圆圈为已经观测到的恒星位置，虚线则由观测结果推算出的恒星轨道。我们可以看到迄今位置只有S2完成了绕银心转动一周的运动！

请注意上图淡蓝色的轨迹，从1996-2016这21年中的15年内就已经完成了一次闭合公转，VLBI(甚长基线干涉测量技术)在1.3毫米至0.87毫米的波长上对银心附近20颗亮星进行了高分辨率的观测，其中这颗闭合公转的恒星S2对我们计算银心质量提供了极大的帮助，因为S2是唯一一颗在我们观测周期之内完成公转的恒星！

天文学家根据取得观测数据，计算出银河系中心黑洞Sgr A*黑洞的质量为太阳的430万倍，比早先观测计算的400万倍稍高一些！

四、VLBI（甚长基线干涉测量）技术

上文说到了VLBI技术，简单的说就是把几个小望远镜甚至是阵列用VLBI技术连起来，达到一个超大口径望远镜的观测效果，尽管它用的是在分辨率更低的电磁波段，但它使用更容易制造大口径与同步观测的射电望远镜，对目标进行超大口径的精细化观测！值得一提的是今年4月10日对M87*黑洞的成像用的就是VLBI技术！

上图是对银心观测时的VLBI阵列，其实银心黑洞的“曝光”早已结束，只不过M87*黑洞先处理了而已，对于Sgr A*黑洞的实体图像是指日可待的！


本文选自：今日头条