科学5分钟读懂2020诺贝尔物理学奖：黑洞和银河系最黑暗的秘密( 四 ) |黑洞|

在美国， Andrea Ghez和她的研究团队使用了位于夏威夷莫纳克亚山的凯克天文台。该天文台拥有两座口径约10米的望远镜，是目前世界上最大的望远镜之一。每面镜片都像一个蜂巢，由36个六边形的部分组成，可以单独控制，以更好地聚焦星光。
星星指路

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这些恒星的轨道表明，在银河系的中心区域，某种无形而沉重的东西控制着它们的轨道。
最靠近银河系中心的恒星
这两颗恒星的轨道是迄今为止最令人信服的证据，证明在人马座A*中隐藏着一个超大质量黑洞。据估计，这个黑洞的质量约为太阳质量的400万倍，而所有这些质量都挤压在一个不比太阳系大多少的区域内。
左上：天文学家测量了银河系中心人马座A*附近一些恒星的轨道；
右上：对其中一颗恒星S2（或称S-02），天文学家成功绘制了其完整的轨道，发现其围绕银河系中心的周期不到16年。该恒星最靠近人马座A*时，距离仅为大约17光时（100亿公里以上）。
左下：S2的径向速度会随着其接近人马座A*而增加，并随其在椭圆形轨道上的运行而逐渐下降。径向速度是恒星速度在我们视线上的分量。
右下：在最靠近人马座A*（2002年和2018年）时，恒星S2的速度达到最高的每秒7000公里
无论望远镜有多大，它们所能分辨的细节总是有限的，因为在我们上方，是将近100千米厚的大气层。望远镜上方的大气泡往往比周围环境的温度更高或更低，它们就像透镜，能使光线在到达望远镜镜面时发生折射，从而扭曲了光波。这就是星星闪烁的原因，也是星空图像模糊的原因。
自适应光学技术的出现对天文观测的改善至关重要。现在，望远镜上都安装了一个额外的薄镜片，用以补偿空气的湍流，并校正扭曲的图像。
近三十年来， Reinhard Genzel和Andrea Ghez一直在银河系中心的恒星群中追踪某些恒星。他们继续开发和该进这项技术，采用更灵敏的数字光传感器和更好的自适应光学元件，使图像分辨率提高了1000倍以上。现在，他们可以更精确地确定恒星的位置，并在夜间跟踪它们。

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研究人员追踪了这群恒星中30颗最亮的恒星。这些恒星在距离中心一个“光月”的半径内移动得最快。另一方面，这一区域以外的恒星则更有序地沿着它们的椭圆轨道运行（图4）。
一颗被称为S2（或S-O2）的恒星，在不到16年的时间内绕银河系中心运行了一周。这是非常短的时间，因此天文学家能够绘制出它的整个轨道。我们可以拿太阳来比较，太阳绕银河系中心转一圈需要超过2亿年的时间；换言之，当我们目前这一圈刚刚开始时，恐龙还在地球上行走。
理论与观测相辅相成
两个小组的测量结果非常一致，他们得出的结论是：银河系中心的黑洞质量应该相当于400万倍太阳质量，被挤压到一个太阳系大小的区域内。

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我们或许很快就能看到人马座A*的真面目了。就在一年前，事件视界望远镜天文网络已经成功拍摄到一个超大质量黑洞的图像——事实上，我们看到的是它周围最邻近的环境。在距离我们5500万光年的室女A星系（又称M87星系）中，存在着一个由超大质量黑洞构成的核心。
M87星系的核心黑洞非常巨大，质量是人马座A*的1000多倍。相比之下，近年来许多引力波事件背后的碰撞黑洞要轻得多。和黑洞一样，在2015年秋天被美国的LIGO探测器第一次捕获引力波信号之前，这种时空涟漪只是爱因斯坦广义相对论的理论预测（取得该发现的科学家荣获2017年诺贝尔物理学奖）。