银河系中心黑洞照片的背后，有一个困扰了天文学家90年的谜

银心黑洞是人类射电天文学的启蒙老师。

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所谓我们银河系中心超大质量黑洞的首张“照片”，实际上是一幅射电波影像。形成这张“照片”的射电波，与1932年贝尔实验室工程师卡尔·央斯基（Karl Jansky）在人类历史上首次发现的来自宇宙的无线电波，拥有相同的源头。那一次发现，标志着人类射电天文学的开启。

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人类对银河系的研究始于伽利略。伽利略·伽利雷（Galileo Galilei）1610年用自制望远镜发现，肉眼看上去如同云雾般的银河，实际上是由无数恒星组成的。1785年，天文学家威廉·赫谢耳（William Herschel）绘制了最早的银河系图。

1918年天文学家哈洛·沙普利（Harlow Shapley）用新技术——造父变星测距法，发现包裹着银河系的球状星团晕，有一个位于人马座方向的中心。这个中心所在的区域被浓厚的尘埃气体遮掩着，无法通过可见光望远镜看到。

卡尔·央斯基站在他设计的高方向性天线前。NRAO / AUI / NSF

1938年，央斯基受雇于贝尔实验室，试图探明一系列干扰短波无线电通讯的噪音来源。1932年，他设计的高方向性天线识别出了许多噪音源，但有一个却是例外——那是一个非常稳定的，发出嘶嘶声的静态噪音源。

甚大射电望远镜阵列拍摄的银河系中心区域。圈中亮点即为“人马座A*”。NRAO / AUI / NSF

这个噪音源的位置看上去会随季节而变化。在天文学家朋友的建议下，央斯基开始查阅天文教科书。1932年12月，央斯基断定这些奇怪的嘶嘶声来自太阳系以外。1933年4月，央斯基公布了他的论文。同年5月5日，《纽约时报》头版刊登了他的发现。

央斯基在他的发现公布后的第10天接受了采访，他说，他在天空中定位到了这个噪音，“看起来沙普利博士的计算结果得到了确认，它似乎来自银河系的引力中心。”

电波的发源地后来被叫做“人马座A”。“人马座A”是人马座最明亮的射电源。1951年，澳大利亚射电天文学家进一步确认了电波来自银河系中心。

1974年，天文学家布鲁斯·贝里克（Bruce Balick）和罗伯特·布朗（Robert Brown）使用美国国家射电天文台的绿岸干涉仪，在人马座A的方位上，发现了一个在射电波上非常明亮，同时又非常致密的天体。布朗后来称之为“人马座A*”。

针对“人马座A*”最主流的解释是：那是一个黑洞，因为只有在黑洞的周围，才会有如此强大的射电波产生。1994年，红外和毫米波研究结果认为，这个天体的质量大约相当于300万个太阳。

2002年，以马克斯·普朗克地外物理研究所莱因哈德·根舍（Reinhard Genzel）为首的一个科研团队，基于对一颗名为S2的恒星围绕“人马座A*”的运动轨迹进行的为期10年的研究推测，S2所围绕运行的中心天体质量，至少相当于400万个太阳。

2009年，另一个科研团队宣布，对该区域恒星轨迹的进一步观测结果表明，它们的中心天体必然是一个黑洞，因为在理论上，没有其他天体物理学现象，能够将那么大的质量，集中在那么小的空间内。与之相关的一系列研究成果，为根舍和加州大学洛杉矶分校的安德里亚·格兹（Andrea Ghez）赢得了2020年诺贝尔物理学奖——因为他们获得了“有史以来最可信的银河系中心存在超大质量黑洞的证据”

时隔90年后，“事件视界望远镜”将来自银河系中心的射电波转化成了影像，让我们直观地看到了“人马座A*”周围的样子。影像与理论预测是相符的，由此人类对“人马座A*”是一个超大质量黑洞的认识跃入了一个新的阶段。这一成果同时也标志着人类科技水平在90年中取得了巨大进步。

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参考
Milky Way’s black hole was ‘birth cry’ of radio astronomy
https://phys.org/news/2022-05-milky-black-hole-birth-radio.html