为何说银河系的中央是巨大的黑洞？

光荣与梦想483

对于银河，各民族都曾对它有过最具诗意的想象。古希腊与 罗马人把它想象成赫拉为赫拉克勒斯哺乳的乳汁；北美的切罗基人将银河称为“狗的逃跑路线”，指一条狗偷玉米后沿途留下的痕迹；新西兰毛利人把它看成巨大的独木舟；我们中国人认为它是天空的银色河流。
认识银河系

银河系是一个棒旋星系，其英文名字叫“Milky Way”一条乳白色的奶路，天文学称为银道带，最宽处达30°，最窄处只有4°～5°，平均约20°。而在这条靓丽的光路上，有两处区域你看不到第一点星光，那就是“宇宙大裂缝”与“煤袋星云”，因为巨大的分子云把这里的星光全部挡住了。
全世界最适合欣赏银河的地方是南纬30°，大家有时间可以从智利或阿根廷开始，一路经过南非，向东穿过澳大利亚珀斯和布里斯班旅游一番，顺便欣赏这世界最美的银河。这也是众多研究银河的天文学家聚集的地方。
以前天文学界普遍认为银河系直径是10万光年。但科技日报2018年8月7日报道称：中科院国家天文台8月7日宣布，郭守敬望远镜（LAMOST）圆满完成了一期光谱巡天观测。其中所得的最新观测数据显示，银河系可观测到的直径为20万光年。
如何来理解这个距离位置呢？如果把太阳系到柯伊伯带的距离看成是小拇指那么长，银河系的直径距离相当于横跨两个大西洋的距离。
银河系像一个煎鸡蛋，中间蛋黄稍微凸起，四周是扁平的圆盘。太阳系好比撒在银河系蛋黄边缘的一颗小胡椒。
而太阳围绕银河系公转一圈大约需要2.2亿年，这被称为一个“宇宙年”。
神秘的银心

自20世纪90年代以来，天文学家一直通过位于莫纳克亚山的凯克望远镜观察银心的一切举动。目的就是为了探明银河系到底围绕什么在旋转。
天文学家发现了一个周围有许多恒星飞驰运行的极其明亮的无线电波源，人马座A*。然后根据这些恒星的速度以及与人马座A*之间的距离，计算出人马座A*的质量大约是430万倍太阳质量，而这些质量必须被限制在2600万公里直径的球体内，仅约19倍太阳直径。
这么大的质量要塞进这么小的空间内，唯一的答案，银心必须是一个超大质量的黑洞。所幸我们离它足够远，不会被它吞掉。
银心黑洞作为银河系中最大的黑洞，你想想过它用餐后，会是怎样一种场景吗？
费米气泡

2010年，道格拉斯·芬克拜纳等天文学家用费米空间望远镜发现了一个从银河系中心向两侧展开的伽马射线气泡结构。一个在银河圆盘上方，另一个在银河圆盘下方，各自膨胀了大约25000光年，而每个气泡所包含的气体足够制造200万个太阳。
关于它的形成，天文学家认为是银心黑洞吞噬了一个质量相当于数百倍甚至数千倍太阳质量的气体云后产生的，显然银心黑洞没有吃干净，一些物质在黑洞周围被加速后逃逸了出来。
星系中的物质落向黑洞时会开始旋转，就像马桶里冲水一样带着漩儿地被吸进去了。由于物质之间的摩擦，黑洞周围形成炙热的气体尘埃漩涡，并产生很强的磁场，会向外喷射由高能辐射和高能宇宙射线粒子组成的喷流，从而产生类似的“气泡”结构。
而且费米气泡的光滑圆润意味着，这些能量是在短时间内形成的，可能也就600万~900万年前。
所以说费米气泡可能是银心黑洞最近一次“狼吞虎咽”后打的饱嗝，而在这之后，银心黑洞一直存在“节食”的状态中。
银心黑洞是验证广义相对论的完美实验室

在银心黑洞周围飞驰的恒星所受到的引力是巨大的，至少是我们曾验证广义相对论所涉及引力的100倍。正如水星进动问题让我们发现了牛顿万有引力理论的缺陷一样，在银心黑洞周围超强引力下运动的恒星也可能揭示广义相对论的一些漏洞。如果一旦发现，这些修正都可能是引领我们发现“万物至理”的一个契机。




上面是银心附近恒星的运动路径，图片来源：Keck/UCLA Galactic Center Group
比如，广义相对论曾预言黑洞应该有一个圆形的暗影。如果它和预料的不同，则可能引发又一轮的理论变革。不过今年4月份公布的世界第一张黑洞照片，M87星系中心超大质量黑洞（M87*）的图像，实际上已经从强引力场中再次验证了广义相对论。所以至今为止，广义相对论还没出错。
上世纪90年代，荷兰拉德堡德大学射电天文学家HeinoFalcke等人首次基于广义相对论下的光线追踪程序，模拟出了银心黑洞看起来的样子。
根据模拟结果，如果黑洞后面有一个类似于吸积盘的平面光源(planar-emitting source)，平面光源发出的光会受到黑洞强引力场的影响，在天空背景上形成一个名为黑洞“视边界”（apparent boundary）的圆环。
在视边界圆环以内且在视界面以外的光子，虽然能逃离黑洞，但受到黑洞引力作用，亮度会很暗。而在视边界圆环以外的光子，由于能绕着黑洞运动多圈，就能积累更多亮度。这样在视觉上，我们就会看到一个圆形的阴影，外面包围着一个明亮的光环。故此得名黑洞的“暗影”（black hole shadow）。
图片版权：D. Psaltis and A. Broderick
由于旋转效应，黑洞左侧会显得更亮。这个视边界半径与事件视界半径的关系大概是1：2.6。自旋速度的不同会使这个比值有所变化，但不大，它主要还是与黑洞质量有关。
以银心黑洞质量为430多万倍太阳质量来说，对应的史瓦西R是1300多万公里，视边界R约3300多万公里，综合它到地球的距离26000光年，“视边界”看起来的角尺寸约为0.00005角秒=50微角秒，相当于从地球上看月球上一个橘子大小的东西。
要把这么小的东西拍清楚，可真不容易。于是，科学家想出联合位于世界6个地点的8个台站，打造出了地球直径那么大口径的事件视界望远镜（Event Horizon Telescope，EHT）。
世界一张黑洞照片就是它的功劳，只是位于南极的SPT望远镜无法观测到M87*。所以参与观测M87*的望远镜实际上是7台。
观察银心黑洞的意义

现在普遍共识，银心是一个巨大的黑洞。而研究像银心这样的星系中心黑洞主要有三个用处。
第一，验证广义相对论。
广义相对论预言了黑洞“暗影”的存在、尺寸和形状。如果观测结果与预言相符，那就验证了广义相对论；如果有所不一样，则说明有一些新的方面需要改进。
第二，了解黑洞是如何吃东西的。
黑洞的“暗影”非常靠近黑洞吞噬物质形成的吸积盘的内侧区域，这里的信息非常重要。综合之前我关于吸积盘的外侧信息，就能更好地推导出黑洞吃东西的物理过程。 　　
第三，理解喷流的产生和方向。
某些朝向黑洞下落的物质在被吞噬之前，会由于磁场的作用，沿着黑洞的转动方向被喷出去。靠近喷流产生的源头处到底发生了什么？对黑洞暗影的拍摄，有助于科学家进一步回答这一问题。

晚景入寒窗

好吧，我来上证据，咱们不猜测，不扯淡
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先说结论，银心（银河系中心）确实有一个黑洞，已经证明。
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众所周知黑洞连光都不放过，没有光，也就看不见，不能直接观察，咱们可以间接的搜寻。
怎么去间接的搜寻呢，就是万有引力，伟大的牛大大留给我们的伟大遗产：我虽然看不见你，但是我可以看见你的万有引力！貌似更玄乎了，通俗点：虽然我看不见你，但是你的引力是实实在在存在的，你的引力会引起其他小伙伴的骚动，我只要看一眼小伙伴们骚动了没有，就知道你是不是在那里！
银河系有一个编号为S21，质量是太阳15倍的一颗恒星。长期的跟踪研究发现它围绕着一个中心以15.2年的周期做圆周运动。它距离中心最近的距离有17光时，已经贴近黑洞“事件边际”。它的绕行速度达到了惊人的5000千米/每秒。从它的运动方式我们可以利用公式推算出它中心那个天体的质量，公式很简单
简化一下啦


其中



经计算

（本计算是基于圆形轨道进行的近似计算，实际S21的轨道为椭圆形，所以数值会有一些偏差，而且年纪大了，好久没算数了，也许会算错，还请包涵）
质量如此巨大而又局限在如此狭小的空间内（其实应该给你一个空间范围的，可是我没有，也没找到数据，坐等大神来填吧），除了黑洞，别无其他可能。
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题主所说的引力作用范围就是我所说的“事件边际”，这个确实很小，但是黑洞作为一个大质量天体有它的万有引力作用啊，而且万有引力是四大基本力里面的唯一长距离作用力（电磁力也能长距离作用，但是因为世界都是中性的，所以……），它会在很长很长很长的距离内影响其他的天体，也就是银河系就是靠他拽着才没有转散架。

部分数据引用自广西科学出版社《大爆炸——宇宙通史Bang!The Complete History of the Universe》三个外国人 著

everloses

从上世纪五十年代起，天文观测就引发人们对宇宙中一些现象的深入思考，并有人预言了超大质量黑洞。


https://www.zhihu.com/video/1065566294555951104
原作者：BBC
剪辑来源：Swallowed by a Black Hole
简介：看似虚无安静的宇宙其实隐藏着无数秘密，这一切都用数学的语言写成。
纪客视界持续发布由纪录片之家字幕团队译制的海外短视频和海外纪录片精彩剪辑

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黑洞的引力作用没有很短，我想你说的应该是黑洞的事件边界，即物体不被黑洞吃掉的距离，这个确实不大。但这个距离只是保证你不被吃掉，在远距离上，黑洞是大质量物体，同样遵守万有引力定律。事实上，我们知道黑洞存在就是因为观测到有恒星绕看不到的物体旋转，根据观测到的恒星的质量和绕行的速度与周期，确定绕行物体的质量，判断出符合条件的天体只能是黑洞(很大质量位于很小的空间)

茉莉707

顶上面的回答，另外补充：银河系中心不只有一个黑洞，在几百光年的范围内还有几百万太阳质量的恒星和星际气体，另外还有质量更大的暗物质，这些质量加起来施加的引力吸引住了银河系，其中暗物质的作用更重要。

另外，现在正在开发的“视界望远镜”（Event Horizon Telescope，简称EHT，实际上是个巨大的干涉阵，把目前世界上大一点的毫米波望远镜、干涉阵都包括进去了）将能直接观测到银心黑洞（又名Sgr A*）的视界。目前有一些初步结果，未来几年加入更多的望远镜，提高分辨率和灵敏度后有望直接观测Sgr A*的视界。

目前的EHT，包括三个地点的四台望远镜/阵列，图片来自http://www.eventhorizontelescope.org/

EHT计划中的完全体：


如果将来直接观测Sgr A*了，可能看到的图像如下图中间和右边（左边是输入的模型），图片来自http://arxiv.org/pdf/0906.4040v1.pdf

图中的像戒指一样的图形是Black Hole Shadow，字面意思是黑洞的影子，实际意思也差不多，因为不懂所以具体请大家自己google吧...