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人馬座A*

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人馬座A*
EHT Saggitarius A black hole.tif
人馬座A*的直接觀測影像(EHT
觀測資料
曆元 J2000
星座 人馬座
星官
赤經 17h 45m 40.045s[1]
赤緯 -29° 0′ 27.9″[1]
視星等(V)
詳細資料
質量(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)

人馬座A*(Sagittarius A*,簡寫為Sgr A*星號*讀作「star」或「星」[5])是銀河系銀心的一个超大質量黑洞[6][7],是人馬座A的一部份。它位於人馬座天蠍座的边沿附近,黃道以南約 5.6°,視覺上靠近蝴蝶星團 (M6) 和 尾宿八

它是非常光亮及致密的無線電波源,大約每11分鐘自轉一圈[8]。人馬座A*是目前人類觀測到离地球最近,被认为是研究黑洞物理的最佳目标[9]

圍繞人馬座A* 運行的幾顆恆星(尤其是恆星S2)的觀測結果已被用於確定該物體的質量和半徑上限。 基於質量和越來越精確的半徑限制,天文學家得出結論,人馬座A* 一定是銀河系中心的超大質量黑洞[10]。 它的當前質量值為 4.154±0.14 百萬個太阳质量[11]

赖因哈德·根策尔(Reinhard Genzel)和安德烈娅·盖兹(Andrea Ghez)因發現人馬座A*是一個超大質量緻密天體而獲得2020年諾貝爾物理學獎,而黑洞是當時唯一合理的解釋[12]

超大質量黑洞假說[编辑]

多個研究隊都嘗試利用甚長基線干涉儀(VLBI)以無線電頻譜拍攝人馬座A*的成像。以現今最高解像的量度(即波長1.3毫米),人馬座A*約有37微角秒的大小。[13]按距離26000光年來計算,人馬座A*的直徑為4400萬公里,近0.3天文單位地球太陽的距離(1天文單位)約為1億5千萬公里;而水星最接近太陽的距離則為4600萬公里。

若人馬座A*剛好坐落在黑洞的中央,其大小會因重力透鏡效應而被放大。根據廣義相對論,若以4百萬太陽質量黑洞來比較,人馬座A*的可觀測大小最少也是該黑洞史瓦西半徑的5.2倍。但是4百萬太陽質量的黑洞約有52微角秒,以人馬座A*的37微角秒來看,其大小明顯大了很多,所以相信人馬座A*的放射源並非在洞的中心,而是在周邊接近事件視界的光亮點,有可能是在吸積盤或由吸積盤噴出的相對論性噴流[13]

人馬座A*的質量估計為431 ± 38萬[2]、或410 ± 60萬太陽質量[3]設這些質量被限制在4400萬公里直徑的球體內,其密度將會比以往估計的高出10倍。儘管可能有其他理論能解釋這種質量及大小,但人馬座A*萎縮成一個超大質量黑洞的時間應比銀河系的壽命短。[13]

現時已有對黑洞本身的直接觀測,相關照片發布於2022年5月12日,但在此前,觀測紀錄就已顯示應有一個黑洞位於人馬座A*附近。目前所探測到的無線電波紅外線能量等等,乃是從掉入黑洞時被加熱至幾百萬度的氣體及塵埃所發出。黑洞本身相信只會發出霍金輻射

觀測歷史[编辑]

卡尔·央斯基(Karl Jansky)被認為是射電天文學之父,他於1933年4月發現射電信號來自射手座方向的某個位置,指向銀河系的中心[14]。 無線電源後來被稱為人馬座A。他的觀察結果並沒有像我們現在所知的銀河中心那樣向南延伸[15]。 Jack Piddington 和 Harry Minnett 在悉尼Potts Hill水庫使用CSIRO射電望遠鏡進行的觀測發現了一個離散且明亮的“人馬座-天蠍座”射電源[16] ,在使用80-英尺(24-米)的CSIRO多佛高地的射電望遠鏡進一步觀察後,在給《自然》的一封信中被確定為可能的銀河中心[17]

ALMA對富含分子氫的氣體雲的觀測,人馬座A*周圍的區域被圈出[18]

後來的觀察表明,人馬座A實際上由幾個重疊的子成分組成; 1974年2月13日至15日,天文學家布魯斯·巴利克(Bruce Balick)和羅伯特·布朗(Robert Brown) 使用美国国家射电天文台的基線乾涉儀發現了一個明亮且非常緊湊的組件Sgr A*[19][20]。Sgr A* 這個名字是布朗在1982年的一篇論文中創造的,因為射電源是“激发的”,並且激发态原子被用星號来表示[21][22]

馬克斯·普朗克地外物理學研究所(Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics)由Rainer Schödel所帶領的國際研究隊觀測了接近人馬座A*的星體S2達十年,於2002年10月16日公佈人馬座A*為一大質量致密體的證據。[23]從S2的克卜勒軌道計算,人馬座A*的質量為260 ± 20萬太陽質量半徑為120天文單位[24]期後的觀測估計人馬座A*的質量應為410萬太陽質量,體積半徑少於45天文單位。[25]

於2004年11月,天文學家發現可能是中介質量黑洞GCIRS 13E,其軌道距人馬座A*約3光年。GCIRS 13E的質量為1300太陽質量,屬於有7個恆星的星團。這次觀測支持了超大質量黑洞會吸收周邊較細小黑洞及星體來增長的說法。

經過觀測人馬座A*16年,相信其質量為431 ± 38萬太陽質量。[2]研究人員赖因哈德·根策尔認為已有初步證據證明超大質量黑洞的存在。[26]

2022年5月12日,事件視界望遠鏡(EHT)發表直接觀測人馬座A*的影像,直接證實了位於銀河系中間的人馬座A*為直徑約6,000萬公里的黑洞,此為人類第2次成功捕捉黑洞影像[27],對人馬座A*的觀測與對M87星系中心黑洞的觀測同時展開;然而儘管距離較近,但由於人馬座A*的中心黑洞體積較小,以致周遭氣體的公轉速度快上許多之故,因此人馬座A*成像難度也較高,而這樣的技術問題,也使得人馬座A*的相關照片較晚發布。

參考[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可免费查阅. 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). 
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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(臺灣)). 

延伸阅读[编辑]

外部連結[编辑]