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人類賴以生存的地球，位于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，更是付出了難以想象的努力，當(dāng)然我們現(xiàn)在已經(jīng)知道，銀河系的中心是一個黑洞，但它是如何發(fā)現(xiàn)的，它的質(zhì)量又是根據(jù)什么原理計算出來的，請跟隨本文來作個簡單的了解！ 一、銀河系認(rèn)知簡史 曾經(jīng)我們以為太陽就是銀河系的中心，這和當(dāng)年的地心說如出一轍，因為地球的自轉(zhuǎn)以及觀測設(shè)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(shù)據(jù)的積累、技術(shù)的提升，漸漸發(fā)現(xiàn)銀河系是一個龐大的星系，直徑高達(dá)10萬光年（最新觀測認(rèn)為銀河系直徑達(dá)20萬光年），是一個棒旋星系。 整個銀河系包括了1000-4000億顆恒星，太陽系則位于獵戶座懸臂的邊緣，距離銀心約為2.6萬光年！ 銀河系在棒旋星系中屬于SBb型，即有多條旋臂的棒旋星系，而銀心則由于銀盤面上塵埃的遮擋，影影綽綽一直都看不清楚。 二、黑洞是怎么發(fā)現(xiàn)的，銀心黑洞又是怎么發(fā)現(xiàn)的？ 黑洞曾經(jīng)是相對論中預(yù)言的天體，當(dāng)然在今年4月10日晚公布的M87*黑洞已經(jīng)讓各位親眼目睹到5500萬光年外M87星系中心的黑洞模樣，但第一個黑洞是怎么發(fā)現(xiàn)的，銀心黑洞又是怎么發(fā)現(xiàn)的，也許可能并不清楚，我們簡單來了解下。 1、天鵝座X-1黑洞 這是位于天鵝座方向一個雙星系統(tǒng)，是最早被認(rèn)為是黑洞的系統(tǒng)之一，它在1965年被發(fā)現(xiàn)，是一個超強X射線源！它的發(fā)現(xiàn)要得益于附近的一顆藍(lán)超巨星，這是一顆質(zhì)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致密天體，一直通過它的洛希瓣在吞噬這顆藍(lán)超巨星的氣體，天文學(xué)家也是其吞噬物質(zhì)時候發(fā)出的超強X射線發(fā)發(fā)現(xiàn)這個致密天體，根據(jù)受到的擾動，天文學(xué)家計算出這個看不見的致密天體的質(zhì)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(cè)是一團(tuán)稠密星際塵埃云，左側(cè)X-1黑洞的強大噴流已經(jīng)在這團(tuán)塵埃云中吹出了一個“氣泡”！ 2、銀心黑洞 盡管科學(xué)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(zhì)量才能HOLD住整個銀河系超過數(shù)千億個小兄弟，但懷疑歸懷疑，科學(xué)是講究證據(jù)的！當(dāng)然隨著X射線望遠(yuǎn)鏡技術(shù)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(qū)域的星野照片中，我們就能發(fā)現(xiàn)銀心區(qū)域那些斑斑駁駁的的畫面，如下圖所示： 各位可不要認(rèn)為銀心就是這樣哦，只是因為銀盤慢上環(huán)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(xiàn)拯救了天文學(xué)家，它超強的穿透力得以穿過高達(dá)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(wèi)星發(fā)現(xiàn)！ 上圖是銀心黑洞Sgr A*在2013年一次X射線耀斑爆發(fā)前后的動圖對比，我們可以根據(jù)其X射線爆發(fā)的強度推斷出銀心黑洞一直在吞噬物質(zhì) ！ 三、銀心黑洞的質(zhì)量是根據(jù)什么原理測算的？ 看不見的銀心我們很難計算它的質(zhì)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(chǔ)上基本就已經(jīng)把路子堵死了！但比較幸運的是天文學(xué)家觀測到有數(shù)十顆恒星在圍繞銀心這個看不見的黑洞公轉(zhuǎn)！ 上圖是ESO去除了銀心塵埃干擾后恒星圍繞銀心公轉(zhuǎn)的示意圖，理論上我們可以根據(jù)任意一顆恒星，通過萬有引力定律即可計算出銀心的質(zhì)量，公式如下： 理論上我們只要獲知幾個參數(shù)即可： 1、恒星和黑洞之間的距離 2、恒星的質(zhì)量 3、恒星的公轉(zhuǎn)軌道與速度 通過公轉(zhuǎn)軌道與速度測算出恒星的“離心力”=相互之間的引力F，再從距離推算出黑洞的質(zhì)量，但恒星在核球處同樣受到塵埃帶的影響，因此準(zhǔn)確測得相關(guān)參數(shù)這非常關(guān)鍵！
對銀心附近恒星的觀測。實心圓圈為已經(jīng)觀測到的恒星位置，虛線則由觀測結(jié)果推算出的恒星軌道。我們可以看到迄今位置只有S2完成了繞銀心轉(zhuǎn)動一周的運動！
請注意上圖淡藍(lán)色的軌跡，從1996-2016這21年中的15年內(nèi)就已經(jīng)完成了一次閉合公轉(zhuǎn)，VLBI(甚長基線干涉測量技術(shù))在1.3毫米至0.87毫米的波長上對銀心附近20顆亮星進(jìn)行了高分辨率的觀測，其中這顆閉合公轉(zhuǎn)的恒星S2對我們計算銀心質(zhì)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(nèi)完成公轉(zhuǎn)的恒星！
天文學(xué)家根據(jù)取得觀測數(shù)據(jù)，計算出銀河系中心黑洞Sgr A*黑洞的質(zhì)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(shù) 上文說到了VLBI技術(shù)，簡單的說就是把幾個小望遠(yuǎn)鏡甚至是陣列用VLBI技術(shù)連起來，達(dá)到一個超大口徑望遠(yuǎn)鏡的觀測效果，盡管它用的是在分辨率更低的電磁波段，但它使用更容易制造大口徑與同步觀測的射電望遠(yuǎn)鏡，對目標(biāo)進(jìn)行超大口徑的精細(xì)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(shù)！
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(jié)束，只不過M87*黑洞先處理了而已，對于Sgr A*黑洞的實體圖像是指日可待的！ |
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