人马座A*

人马座A*(Sagittarius A*,简写为Sgr A*星号*读作“star”或“星”[5])是银河系银心的一个特大质量黑洞[6][7],是人马座A的一部分。它位于人马座天蝎座的边沿附近,黄道以南约 5.6°,视觉上靠近蝴蝶星团 (M6) 和 尾宿八

人马座A*
EHT Saggitarius A black hole.tif
人马座A*的直接观测影像(EHT
观测资料
历元 J2000
星座 人马座
星官
赤经 17h 45m 40.045s[1]
赤纬 -29° 0′ 27.9″[1]
视星等(V)
详细资料
质量(4.31±0.38)×106[2] M

(4.1±0.6)×106[3] M
天体测定
距离25,900 ± 1,400 ly
(7,940 ± 420[4] pc)

它是非常光亮及致密的无线电波源,大约每11分钟自转一圈[8]。人马座A*是目前人类观测到离地球最近,被认为是研究黑洞物理的最佳目标[9]

围绕人马座A* 运行的几颗恒星(尤其是恒星S2)的观测结果已被用于确定该物体的质量和半径上限。 基于质量和越来越精确的半径限制,天文学家得出结论,人马座A* 一定是银河系中心的特大质量黑洞[10]。 它的当前质量值为 4.154±0.14 百万个太阳质量[11]

赖因哈德·根策尔(Reinhard Genzel)和安德烈娅·盖兹(Andrea Ghez)因发现人马座A*是一个超大质量致密天体而获得2020年诺贝尔物理学奖,而黑洞是当时唯一合理的解释[12]

特大质量黑洞假说编辑

多个研究队都尝试利用甚长基线干涉仪(VLBI)以无线电频谱拍摄人马座A*的成像。以现今最高解像的量度(即波长1.3毫米),人马座A*约有37微角秒的大小。[13]按距离26000光年来计算,人马座A*的直径为4400万公里,近0.3天文单位地球太阳的距离(1天文单位)约为1亿5千万公里;而水星最接近太阳的距离则为4600万公里。

若人马座A*刚好坐落在黑洞的中央,其大小会因重力透镜效应而被放大。根据广义相对论,若以4百万太阳质量黑洞来比较,人马座A*的可观测大小最少也是该黑洞史瓦西半径的5.2倍。但是4百万太阳质量的黑洞约有52微角秒,以人马座A*的37微角秒来看,其大小明显大了很多,所以相信人马座A*的放射源并非在洞的中心,而是在周边接近事件视界的光亮点,有可能是在吸积盘或由吸积盘喷出的相对论性喷射[13]

人马座A*的质量估计为431 ± 38万[2]、或410 ± 60万太阳质量[3]设这些质量被限制在4400万公里直径的球体内,其密度将会比以往估计的高出10倍。尽管可能有其他理论能解释这种质量及大小,但人马座A*萎缩成一个特大质量黑洞的时间应比银河系的寿命短。[13]

现时已有对黑洞本身的直接观测,相关照片发布于2022年5月12日,但在此前,观测纪录就已显示应有一个黑洞位于人马座A*附近。目前所探测到的无线电波红外线能量等等,乃是从掉入黑洞时被加热至几百万度的气体及尘埃所发出。黑洞本身相信只会发出霍金辐射

观测历史编辑

卡尔·央斯基(Karl Jansky)被认为是射电天文学之父,他于1933年4月发现射电信号来自射手座方向的某个位置,指向银河系的中心[14]。 无线电源后来被称为人马座A。他的观察结果并没有像我们现在所知的银河中心那样向南延伸[15]。 Jack Piddington 和 Harry Minnett 在悉尼Potts Hill水库使用CSIRO射电望远镜进行的观测发现了一个离散且明亮的“人马座-天蝎座”射电源[16] ,在使用80-英尺(24-米)的CSIRO多佛高地的射电望远镜进一步观察后,在给《自然》的一封信中被确定为可能的银河中心[17]

 
ALMA对富含分子氢的气体云的观测,人马座A*周围的区域被圈出[18]

后来的观察表明,人马座A实际上由几个重叠的子成分组成; 1974年2月13日至15日,天文学家布鲁斯·巴利克(Bruce Balick)和罗伯特·布朗(Robert Brown) 使用美国国家射电天文台的基线干涉仪发现了一个明亮且非常紧凑的组件Sgr A*[19][20]。Sgr A* 这个名字是布朗在1982年的一篇论文中创造的,因为射电源是“激发的”,并且激发态原子被用星号来表示[21][22]

马克斯·普朗克地外物理学研究所(Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics)由Rainer Schödel所带领的国际研究队观测了接近人马座A*的星体S2达十年,于2002年10月16日公布人马座A*为一大质量致密体的证据。[23]从S2的开普勒轨道计算,人马座A*的质量为260 ± 20万太阳质量半径为120天文单位[24]期后的观测估计人马座A*的质量应为410万太阳质量,体积半径少于45天文单位。[25]

于2004年11月,天文学家发现可能是中介质量黑洞GCIRS 13E,其轨道距人马座A*约3光年。GCIRS 13E的质量为1300太阳质量,属于有7个恒星的星团。这次观测支持了特大质量黑洞会吸收周边较细小黑洞及星体来增长的说法。

经过观测人马座A*16年,相信其质量为431 ± 38万太阳质量。[2]研究人员赖因哈德·根策尔认为已有初步证据证明特大质量黑洞的存在。[26]

2022年5月12日,事件视界望远镜(EHT)发表直接观测人马座A*的影像,直接证实了位于银河系中间的人马座A*为直径约6,000万公里的黑洞,此为人类第2次成功捕捉黑洞影像[27],对人马座A*的观测与对M87星系中心黑洞的观测同时展开;然而尽管距离较近,但由于人马座A*的中心黑洞体积较小,以致周遭气体的公转速度快上许多之故,因此人马座A*成像难度也较高,而这样的技术问题,也使得人马座A*的相关照片较晚发布。

参考编辑

  1. ^ 1.0 1.1 Sagittarius A*. simbad.u-strasbg.fr. [2022-05-15]. 
  2. ^ 2.0 2.1 2.2 Gillessen, S.; Eisenhauer, F.; Trippe, S.; Alexander, T.; Genzel, R.; Martins, F.; Ott, T. MONITORING STELLAR ORBITS AROUND THE MASSIVE BLACK HOLE IN THE GALACTIC CENTER. The Astrophysical Journal. 2009-02-20, 692 (2). ISSN 0004-637X. doi:10.1088/0004-637X/692/2/1075. 
  3. ^ 3.0 3.1 Ghez, A. M.; et al.. Measuring Distance and Properties of the Milky Way's Central Supermassive Black Hole with Stellar Orbits. The Astrophysical Journal. 2008, 689: 1044–62. doi:10.1086/592738. 
  4. ^ Eisenhauer, F., Schödel, R.; et al. A geometric determination of the distance to the galactic center. The Astrophysical Journal. 2003, 597: L121–L124. 
  5. ^ Astronomers reveal first image of the black hole at the heart of our galaxy. Event Horizon Telescope. [May 12, 2022] (英语). 
  6. ^ Reynolds, Christopher S. Bringing black holes into focus. Nature. 2008-09, 455 (7209). ISSN 0028-0836. doi:10.1038/455039a (英语). 
  7. ^ Parsons, Jeff. Scientists find proof a supermassive black hole is lurking at the centre of the Milky Way. Metro. October 31, 2018 [October 31, 2018]. (原始内容存档于October 31, 2018) (英国英语). 
  8. ^ The New Tourist's Guide to the Milky Way | Space.com页面存档备份,存于互联网档案馆) Sgr A* is also probably rotating, making one full revolution about every 11 minutes.
  9. ^ Melia, Fulvio; Falcke, Heino. The Supermassive Black Hole at the Galactic Center. Annual Review of Astronomy and Astrophysics. 2001-09, 39 (1). ISSN 0066-4146. doi:10.1146/annurev.astro.39.1.309 (英语). 
  10. ^ Henderson, Mark. Astronomers confirm black hole at the heart of the Milky Way. Times Online. 2009-12-09 [2019-06-06]. (原始内容存档于2008-12-16). 
  11. ^ The GRAVITY collaboration. A geometric distance measurement to the Galactic center black hole with 0.3% uncertainty. Astronomy & Astrophysics. April 2019, 625: L10 [2019-10-04]. Bibcode:2019A&A...625L..10G. S2CID 119190574. arXiv:1904.05721 . doi:10.1051/0004-6361/201935656. (原始内容存档于2019-10-04). 
  12. ^ The Nobel Prize in Physics 2020. 6 October 2020 [7 October 2020]. (原始内容存档于24 April 2021) (美国英语). 
  13. ^ 13.0 13.1 13.2 Doeleman, Sheperd S.; Weintroub, Jonathan; Rogers, Alan E. E.; Plambeck, Richard; Freund, Robert; Tilanus, Remo P. J.; Friberg, Per; Ziurys, Lucy M.; Moran, James M.; Corey, Brian; Young, Ken H. Event-horizon-scale structure in the supermassive black hole candidate at the Galactic Centre. Nature. 2008-09, 455 (7209). ISSN 0028-0836. doi:10.1038/nature07245 (英语). 
  14. ^ Karl Jansky: The Father of Radio Astronomy. 29 August 2012 [2019-01-27]. (原始内容存档于2019-06-28). 
  15. ^ Goss, W. M.; McGee, R. X. The Discovery of the Radio Source Sagittarius A (Sgr A). The Galactic Center, Astronomical Society of the Pacific Conference Series. 1996, 102: 369 [25 February 2021]. Bibcode:1996ASPC..102..369G. (原始内容存档于3 March 2021). 
  16. ^ Piddington, J. H.; Minnett, H. C. Observations of Galactic Radiation at Frequencies of 1200 and 3000 Mc/s.. Australian Journal of Scientific Research a Physical Sciences. 1 December 1951, 4 (4): 459 [25 February 2021]. Bibcode:1951AuSRA...4..459P. doi:10.1071/CH9510459. (原始内容存档于13 April 2021). 
  17. ^ McGee, R. X.; Bolton, J. G. Probable observation of the galactic nucleus at 400 Mc./s.. Nature. 1 May 1954, 173 (4412): 985–987 [25 February 2021]. Bibcode:1954Natur.173..985M. ISSN 0028-0836. S2CID 4188235. doi:10.1038/173985b0. (原始内容存档于30 January 2022). 
  18. ^ Cloudlets swarm around our local supermassive black hole. www.eso.org. [22 October 2018]. (原始内容存档于22 October 2018). 
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  20. ^ Melia 2007, p. 7
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  22. ^ Brown, R. L. Precessing jets in Sagittarius A – Gas dynamics in the central parsec of the galaxy. Astrophysical Journal, Part 1. 1982-11-01, 262: 110–119. Bibcode:1982ApJ...262..110B. doi:10.1086/160401. 
  23. ^ Schödel, R.; Ott, T.; Genzel, R.; Hofmann, R.; Lehnert, M.; Eckart, A.; Mouawad, N.; Alexander, T.; Reid, M. J.; Lenzen, R.; Hartung, M. A star in a 15.2-year orbit around the supermassive black hole at the centre of the Milky Way. Nature. 2002-10, 419 (6908). ISSN 0028-0836. doi:10.1038/nature01121 (英语). 
  24. ^ Ghez, A. M.; Duchêne, G.; Matthews, K.; Hornstein, S. D.; Tanner, A.; Larkin, J.; Morris, M.; Becklin, E. E.; Salim, S.; Kremenek, T.; Thompson, D. The First Measurement of Spectral Lines in a Short-Period Star Bound to the Galaxy’s Central Black Hole: A Paradox of Youth. The Astrophysical Journal. 2003-04-01, 586 (2). doi:10.1086/374804. 
  25. ^ UCLA Galactic Center Group. [2009-11-11]. (原始内容存档于2017-06-26). 
  26. ^ O'Neill, Ian. Beyond Any Reasonable Doubt: A Supermassive Black Hole Lives in Centre of Our Galaxy. Universe Today. 2008-12-10 [2022-05-15] (美国英语). 
  27. ^ 銀河系中心重大新發現 中研院與全球連線直播看這裡. 中央社 CNA. 2022-05-12 [2022-05-15] (中文(台湾)). 

延伸阅读编辑

外部链接编辑