盤踞銀河中央的超大黑洞，如何知曉其質(zhì)量？

氣旋有助于科學(xué)家確定銀河系超大質(zhì)量黑洞的質(zhì)量

明亮的電磁輻射可充當(dāng)測(cè)量人馬座A*的尺度

這是一張銀河系中心超大質(zhì)量黑洞的圖片，是一個(gè)被稱為人馬座A*的龐然大物，它被發(fā)現(xiàn)于2022年5月12日，由事件視界望遠(yuǎn)鏡拍攝。

(圖片來(lái)源:視界望遠(yuǎn)鏡合作項(xiàng)目)

一團(tuán)黑暗的迷霧盤踞在我們銀河系的中心，是被稱為人馬座A*的超大質(zhì)量黑洞。天文學(xué)家們知曉該黑洞的存在已經(jīng)有一段時(shí)間了，甚至已經(jīng)在2022年拍攝了它壯觀的圖片。但是想要精確地測(cè)量它的大小和活動(dòng)依然是困難的。

現(xiàn)在，根據(jù)馬克斯·普朗克地外物理研究所的最新發(fā)現(xiàn)，一組天文學(xué)家已經(jīng)高精度地確定了人馬座A*的質(zhì)量和半徑。

確切來(lái)說(shuō)，人馬座A*被發(fā)現(xiàn)達(dá)到429.7萬(wàn)太陽(yáng)質(zhì)量——但半徑比金星繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的軌道半徑都小。研究小組通過(guò)研究這巨大空洞的軌道上的發(fā)光氣體推斷出了這一信息。

基本上，研究人員使用來(lái)自南方天文臺(tái)甚大望遠(yuǎn)鏡干涉儀(VLTI)的近紅外干涉儀的數(shù)據(jù)來(lái)跟蹤捕捉黑洞周圍旋轉(zhuǎn)氣體的電磁發(fā)射。他們一直在尋找耀斑——每天可能發(fā)生一兩次的電磁輻射的明亮閃光。簡(jiǎn)而言之，這些耀斑使天文學(xué)家能夠追蹤人馬座 A*周圍氣體的運(yùn)動(dòng)。

研究團(tuán)隊(duì)分別分析了2018、2021、2022年觀測(cè)的耀斑。這些綜合起來(lái)的數(shù)據(jù)使得研究人員能夠高精度地預(yù)測(cè)這個(gè)黑洞的質(zhì)量。這很重要，因?yàn)樗峁┝艘环N全新的、獨(dú)立的測(cè)量黑洞質(zhì)量的方式。值得慶幸的是，他們的結(jié)果與以前預(yù)測(cè)的一致。

那些先前的測(cè)量結(jié)果是基于人馬座A*周圍一些恒星的軌跡，但存在一個(gè)問(wèn)題：這些恒星比新測(cè)量到的耀斑要遠(yuǎn)得多。因此，以前的預(yù)測(cè)結(jié)果在技術(shù)上不太可靠。

在討論他們?nèi)绾斡?jì)算黑洞質(zhì)量時(shí)，提到了“引力半徑”這個(gè)概念。物體的引力半徑值與它的徑向距離有關(guān)；并且它一定與物體的質(zhì)量成正比。對(duì)于人馬座A*而言，半徑指的是從黑洞中心到視界的距離。視界是我們的宇宙和黑洞內(nèi)部物質(zhì)之間的屏障。在視界之外，即使是光也逃不過(guò)黑洞巨大的引力。

人馬座A*的引力半徑大約等于0.1個(gè)天文單位，也就是地球到太陽(yáng)距離的十分之一。雖然這個(gè)長(zhǎng)度聽起來(lái)很短，但它其實(shí)相對(duì)而言是比較長(zhǎng)的，因?yàn)樘?yáng)的引力半徑也只有大概3公里（1.9英里）。這也是太陽(yáng)在坍縮成黑洞之前需要被壓縮到的大小。

“我們現(xiàn)在從耀斑中得到的質(zhì)量數(shù)據(jù)與之前從數(shù)千恒星軌道的引力半徑中計(jì)算得到的值是相一致的?！盌iogo Ribeiro在一份聲明中提到，他是馬克斯·普朗克地外物理研究所中負(fù)責(zé)這項(xiàng)研究的理論建模。

“這也加強(qiáng)了在銀河系的中心有一個(gè)黑洞這樣的說(shuō)法。”他補(bǔ)充道。

-有研究發(fā)現(xiàn)，人類拍攝到的第一個(gè)黑洞被證實(shí)在旋轉(zhuǎn)。

-銀河系vs M87：視界望遠(yuǎn)鏡拍攝的照片顯示出兩個(gè)非常不同的巨型黑洞。

-天文學(xué)家也許發(fā)現(xiàn)了距離地球最近的黑洞。

研究人員們也對(duì)發(fā)現(xiàn)這些可能包含關(guān)于銀河系中心結(jié)構(gòu)形成的測(cè)量數(shù)據(jù)感到很興奮。根據(jù)Antonia Drescher的說(shuō)法，他也是這次測(cè)量研究的一員，耀斑軌道的方向暗示了黑洞與距離較遠(yuǎn)的恒星盤之間的物理關(guān)系。

“能看到重復(fù)的、相似的耀斑運(yùn)動(dòng)是很好的，”Drescher在聲明中說(shuō)，“它們共同在空中呈現(xiàn)順時(shí)針循環(huán)的運(yùn)動(dòng)；他們都擁有相似的半徑和軌道周期。這簡(jiǎn)直太美了！”

研究團(tuán)隊(duì)希望從耀斑中采集到的數(shù)據(jù)最終可能為科學(xué)界提供旋轉(zhuǎn)黑洞的信息，因?yàn)殛P(guān)于它的一些事情依然是迷。

關(guān)于這些發(fā)現(xiàn)的一項(xiàng)研究發(fā)表在9月份的《天文學(xué)與天體物理學(xué)》雜志上。

BY:Conor Feehly

FY: 凌夜然

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