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銀河系中心所含質(zhì)量的99.9%來(lái)自黑洞
（神秘的地球uux.cn報(bào)道）據(jù)cnBeta：在雙子座北望遠(yuǎn)鏡的幫助下，天文學(xué)家對(duì)位于銀河系中心的系中心超大質(zhì)量黑洞周圍的恒星運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了迄今為止最精確的測(cè)量。這些結(jié)果顯示，含質(zhì)銀河系中心所含質(zhì)量的自黑99.9%來(lái)自黑洞，只有0.1%可能包括恒星、銀河較小的系中心黑洞、星際塵埃和氣體或暗物質(zhì)。含質(zhì)
天文學(xué)家比以往任何時(shí)候都更精確地測(cè)量了人馬座A*（Sgr A*）附近的自黑四顆恒星的位置和速度，這個(gè)超大質(zhì)量黑洞潛伏在銀河系的銀河中心。這些恒星--被稱為S2、系中心S29、含質(zhì)S38和S55--的自黑運(yùn)動(dòng)被發(fā)現(xiàn)遵循的路徑表明，銀河系中心的銀河質(zhì)量幾乎完全來(lái)自于人馬座A*黑洞，留給其他東西的系中心空間非常小。
研究小組在這項(xiàng)研究中使用了各種先進(jìn)的含質(zhì)天文設(shè)施。為了測(cè)量恒星的速度，他們使用了夏威夷毛納克亞山頂附近的雙子座北望遠(yuǎn)鏡的雙子座近紅外光譜儀（GNIRS）的光譜，這是國(guó)際雙子座天文臺(tái)的一部分，是美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)NOIRLab的一個(gè)項(xiàng)目，以及歐洲南方天文臺(tái)超大型望遠(yuǎn)鏡上的SINFONI儀器。VLTI上的GRAVITY儀器被用來(lái)測(cè)量恒星的位置。
“我們非常感謝雙子座天文臺(tái)，它的GNIRS儀器為我們提供了所需的關(guān)鍵信息，”馬克斯-普朗克地外物理研究所所長(zhǎng)、2020年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)共同獲得者Reinhard Genzel說(shuō)。“這項(xiàng)研究顯示了世界范圍內(nèi)的合作是最好的。”
銀河系的銀河中心距離太陽(yáng)大約27000光年，包含了緊湊的射電源Sgr A*，天文學(xué)家已經(jīng)確定它是一個(gè)質(zhì)量為太陽(yáng)430萬(wàn)倍的超大質(zhì)量黑洞。盡管經(jīng)過(guò)數(shù)十年的艱苦觀測(cè)--并因發(fā)現(xiàn)Sgr A*的身份而獲得諾貝爾獎(jiǎng)-但一直難以最終證明這一質(zhì)量的大部分只屬于超大質(zhì)量黑洞，而不包括大量的物質(zhì)，如恒星、較小的黑洞、星際塵埃和氣體或暗物質(zhì)。
“隨著2020年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的頒發(fā)，確認(rèn)Sgr A*確實(shí)是一個(gè)黑洞，我們現(xiàn)在想更進(jìn)一步。我們想了解在銀河系中心是否還隱藏著其他東西，以及廣義相對(duì)論是否確實(shí)是這個(gè)極端實(shí)驗(yàn)室中正確的引力理論，”參與這項(xiàng)工作的天文學(xué)家之一Stefan Gillessen解釋說(shuō)。“回答這個(gè)問(wèn)題最直接的方法是密切跟蹤經(jīng)過(guò)Sgr A*附近的恒星的軌道。”
愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論預(yù)測(cè)，圍繞超大質(zhì)量緊湊天體的恒星軌道與經(jīng)典牛頓物理學(xué)預(yù)測(cè)的軌道有微妙的不同。特別是，廣義相對(duì)論預(yù)測(cè)，恒星的軌道將描畫(huà)出一個(gè)優(yōu)雅的玫瑰花形狀--這種效應(yīng)被稱為“史瓦西進(jìn)動(dòng)”。為了實(shí)際看到恒星劃出這個(gè)“花環(huán)”，研究小組追蹤了緊鄰Sgr A*的四顆恒星的位置和速度--稱為S2、S29、S38和S55。研究小組通過(guò)對(duì)這些恒星前進(jìn)程度的觀察，使他們能夠推斷出Sgr A*內(nèi)部的質(zhì)量分布。他們發(fā)現(xiàn)，S2星軌道內(nèi)的任何擴(kuò)展質(zhì)量最多只相當(dāng)于超大質(zhì)量黑洞質(zhì)量的0.1%。
測(cè)量我們銀河系超大質(zhì)量黑洞周圍的遙遠(yuǎn)恒星軌道的微小變化是令人難以置信的挑戰(zhàn)。為了取得進(jìn)一步的發(fā)現(xiàn)，天文學(xué)家們不僅要突破科學(xué)的界限，而且要突破工程的界限。即將推出的超大型望遠(yuǎn)鏡（ELT），如巨型麥哲倫望遠(yuǎn)鏡和三十米望遠(yuǎn)鏡（都是美國(guó)ELT計(jì)劃的一部分），將使天文學(xué)家能夠以更高的精度測(cè)量更暗的恒星。
“我們將在未來(lái)進(jìn)一步提高我們的靈敏度，使我們能夠跟蹤更暗淡的天體，”Gillessen總結(jié)道。“我們希望能探測(cè)到比我們現(xiàn)在看到的更多的東西，讓我們有一個(gè)獨(dú)特的、毫不含糊的方法來(lái)測(cè)量黑洞的旋轉(zhuǎn)。”
美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)雙子座項(xiàng)目官員Martin Still說(shuō)：“雙子座觀測(cè)站繼續(xù)為我們的銀河系和其中心的巨大黑洞的性質(zhì)提供新的見(jiàn)解。在未來(lái)的十年里，進(jìn)一步開(kāi)發(fā)用于廣泛使用的儀器將保持NOIRLab在描述我們周圍宇宙特征方面的領(lǐng)先地位。”

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