在一项最新研究中，德国科学家以极高精度确定了位于银河系中央、名为人马座A*的超大质量黑洞的质量和半径：其质量为429.7万倍太阳质量，半径小于金星绕太阳轨道的半径。科学家通过研究在其轨道上发现的发光气体推断出了上述信息。相关论文发表于最近的《天文学和天体物理学》杂志。

在本研究中，马克斯·普朗克地外物理研究所科学家使用欧洲南方天文台甚大望远镜干涉仪（VLTI）近红外干涉仪提供的数据，跟踪人马座A*黑洞周围旋转气体的电磁发射，以寻找明亮的电磁辐射闪光，这些耀斑使研究团队能够追踪其周围气体的运动。研究显示，人马座A*的引力半径约等于0.1个天文单位（1个天文单位即地球与太阳之间的距离，约为1.5亿公里）。

宇宙中最危险的地方

当我们仰望星空时，会发现宇宙中有一些地方会发光。天文学家认为，那是由巨大的恒星形成的。一些恒星的质量很大，可以达到上亿颗太阳质量。由于这些恒星燃烧了数十亿年，它们最终会坍缩成一个超大质量的黑洞。这颗巨大的黑洞在银河系中心，距离我们大约2.3亿光年。它有一个非常大的视界，从这个视界看，整个银河系都会被吸入到黑洞中。虽然银河系中心是我们星球上最容易看到的地方之一，但黑洞在宇宙中也是最危险的地方之一。

我们银河系中心的那个巨大的黑洞是由两颗质量约为太阳20倍的恒星形成的。这两颗恒星都非常大，它们可以达到上亿颗太阳质量。这使得它们在死亡之前不会坍缩成一个更小的黑洞。科学家们认为，由于没有足够的重力，这两颗恒星最终会坍缩成一个更小、更弱的黑洞。当它们坍缩成黑洞时，它们会发出非常明亮的光。这就是为什么在银河系中心有这么大一个黑洞。

黑洞是由一个强大的引力中心围绕着一颗超大质量恒星旋转形成的，这样它就可以永远保持这种旋转。当巨大的恒星坍缩成一个黑洞时，它会释放出巨大的引力，其结果是在黑洞周围形成一个强大的引力场。由于黑洞的巨大质量，它对周围的一切都产生了强烈的影响，包括光线。由于光被黑洞捕获后，就不再以原来的速度前进，而是以相对于光的速度运动。因此，光会以光速前进。

黑洞吸引了所有可见和不可见的物体，包括光。为了更好地理解黑洞周围所发生的事情，我们需要知道黑洞是否在旋转。这就是我们所谓的角动量。黑洞旋转起来可以产生巨大的能量。在过去两个世纪里，科学家们一直在研究这种现象。它的形状可能与银河系中其他的超大质量黑洞有所不同，因为它的大部分质量都集中在一个非常小的区域内。这种形状使得科学家们很难追踪黑洞。一个黑洞可以在很长一段时间内保持这种形状，但当它开始旋转时，它的旋转速度会很快。由于它没有足够的质量来抵抗周围的引力，所以它会慢慢地改变形状。

这就是为什么天文学家认为银河系中心是一个危险的地方，因为他们不知道这个巨大的黑洞什么时候会开始旋转，也不知道它在哪里。如果你试图追踪一个黑洞，你可能会发现它围绕着一个非常遥远的天体运行，这个天体与银河系中心有很大的距离。如果你不知道这个天体是什么，你就无法追踪这个黑洞。如果你跟踪一个巨大的黑洞，你可能会发现它正在远离银河系中心。这是因为我们所在的星系是一个非常巨大的星系，在它周围有很多星系。

超大质量黑洞的首张照片像“甜甜圈”

据央视新闻消息，2022年5月12日晚，在包括上海在内的全球各地同时召开的新闻发布会上，天文学家向人们展示了位于银河系中心的超大质量黑洞的首张照片。这一成果给出了该天体就是黑洞的实证，为理解这种被认为居于大多数星系中心的“巨兽”的行为提供了宝贵线索。该照片由事件视界望远镜（EHT）合作组织这个国际研究团队，通过分布在全球的射电望远镜组网“拍摄”而成。

这是一张期待已久的关于银河系中心的大质量天体的真面目肖像。科学家之前已观测到众多的恒星围绕着银河系中心一个不可见的、致密的和质量极大的天体作轨道运动。这已强烈暗示这个被称作人马座A*（Sagittarius A*：Sgr A*）的天体是一个黑洞，而今天发布的照片则提供了首个直接的视觉证据。

因为黑洞不发光，所以我们看不见黑洞自身，但绕转的发光气体给出了其存在的信号：一个被亮环状结构围绕的暗弱中心区域（称之为阴影）。照片上显现出的（射电）光都是由该黑洞的强大引力弯曲所致，这个黑洞的质量超过了太阳质量的四百万倍。银河系中心黑洞距离地球有二万七千光年之遥，为了拍这张照片，研究团队创建了观测利器EHT，由分布在全球六地的八个射电望远镜组成的一个犹如地球那么大的虚拟望远镜。EHT对Sgr A*开展了多个晚上的观测，每次连续采集了好几个小时的数据，就如同相机的长时间曝光。

这是EHT合作组织继2019年发布人类第一张黑洞照片，捕获了位于更遥远星系M87中央黑洞（M87*）之后的又一重大突破。可以说，照片中的黑洞从三年前对称的“甜甜圈”化身为了不太对称的“甜甜圈”。

超大质量黑洞精确“体重”测得

黑洞里面发生了什么，我们无从得知，而天文学家更感兴趣的，是在黑洞的“影响范围”内所发生的事情。这个“影响范围”，指的是一个星系最核心的区域，超大质量黑洞的引力在那里主导着一切。对该区域的了解，或许可以帮助天文学家确定黑洞的质量，以及它对邻近星系的影响。

利用阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列（ALMA）的最新观测数据，天文学家终于有机会近距离观察一个由低温星际气体组成、围绕超大质量黑洞旋转的吸积盘。这个圆盘位于NGC 3258星系的中心，这是一个巨大的椭圆星系，距离地球约1亿光年。根据这些观测结果，来自美国得克萨斯农工大学和加州大学欧文分校的天文学家小组确定，这个黑洞的质量达到了惊人的22.5亿倍太阳质量，是迄今为止用ALMA测量到的最大规模的黑洞。

尽管超大质量黑洞的质量可能是太阳的数百万到数十亿倍，但它们只占整个星系质量的一小部分。将黑洞引力的影响与星系中心的恒星、星际气体和暗物质的影响区分开来是一项颇具挑战性的工作，需要在异常小的尺度上进行高灵敏度的观测。

这项研究的结果发表在近期的《天体物理学杂志》（Astrophysical Journal）上，第一作者是得克萨斯农工大学博士后研究员本杰明·博伊泽尔。他说：“观测尽可能接近黑洞的物质的旋转运动，对于准确确定黑洞的质量至关重要。对NGC 3258星系的这些新观测证明，ALMA在描绘超大质量黑洞周围气体盘的旋转时能给出惊人的细节。”

多年来，天文学家使用了各种方法来测量黑洞质量。在巨大的椭圆星系中，大多数测量结果都是通过可见光或红外光来观测黑洞周围恒星的旋转运动。另一种技术是利用围绕黑洞运行的气体云中自然产生的水脉泽（water masers，相当于无线电波长的激光），获得更高的精度，但这些脉泽非常罕见，几乎只与具有较小黑洞的螺旋星系有关。

此次，德国科学家队分析了2018年、2021年和2022年观测到的耀斑，从而精确估算出了人马座A*黑洞的质量。这是一种全新的、独立的测量黑洞质量的方法。