人马座A*

**人馬座 A\***（Sagittarius A\*，簡寫為 **Sgr A\***，星號 \* 讀作「star」或「星」）是個位於銀河系中心的超大質量黑洞。它位於星座人馬座和天蠍座的邊界附近，大約位於黃道以南 5.6°，視覺上接近蝴蝶星團（M6）和尾宿八（天蠍座 λ）。

這顆天體是明亮緻密的電波源。人馬座 A\* 的名字有其歷史淵源。在 1954 年，約翰・丹尼爾・克勞斯、柯賢清（Hsien-Ching Ko）和肖恩・馬特（Sean Matt）列出了他們用俄亥俄州立大學電波望遠鏡在 250MHz 下確定的電波源。這些電波源按星座排列，並隨意的分配字母來標示，但字母 A 通常表示星座內最亮的電波源。星號 _\*_ 是因為它的發現被認為是 "令人興奮的"。這與用星號表示激發態原子的命名法一致（例如，氦的激發態為 He\*）。星號是羅伯特・L・布朗於 1982 年設置，他知道，銀河系中心最強的電波發射似乎是源自於一個緊湊的非熱電波體。

它是非常光亮及緻密的無線電波源，大約每 11 分鐘自轉一圈。人馬座 A\* 是目前人類觀測到離地球最近，被認為是研究黑洞物理的最佳目標。

對圍繞人馬座 A\* 運行的幾顆恆星的觀測，特別是 S2，已被用來確定物體的質量和半徑上限。基於質量和日益精確的半徑值，天文學家得出結論：人馬座 A\* 一定是銀河系中央的超大質量黑洞。其質量的當前值為 4.154+0.014 
−百萬太陽質量。 。

賴因哈德・根策爾（Reinhard Genzel）和安德烈婭・蓋茲（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。

2022 年 5 月 12 日，天文學家發佈於 2017 年 4 月使用全球電波天文臺網絡事件視界望遠鏡製作的人馬座 A\* 視界周圍吸積盤的第一張影像，確認物體是黑洞。這是繼 2019 年 M87 的超大質量黑洞之後，確認的第二張黑洞影像。。

## 觀察和描述

2022 年 5 月 12 日，第一張人馬座 A\* 的照片由事件視界望遠鏡的合作單位共同發佈。這張影像基於 2017 年拍攝的無線電干涉儀數據，證實該物體包含一個黑洞。這張影像經過五年的計算處理才得以完成。這些數據由位於六個地理位置的八架電波望遠鏡觀測站收集，經由孔徑合成數據獲得的電波影像，僅由來源穩定的夜間觀測數據生成。人馬座 A\* 的無線電發射以分鐘為單位變化，使分析複雜化。

他們的結果給出了電波源的總體角大小為 51.8±2.3 μas。在距離 26,000 光年（8,000 秒差距）處，這相當於 51.8 × 106 公里（32.2 × 106 英里）的直徑。相比之下，地球距離太陽 150 × 106 公里（1.0 天文單位；93 × 106 英里），水星在近日點時距離太陽 46 × 106 km（0.31 AU；29 × 106mi）。人馬座 A\* 每年的自行約為赤經 −2.70mas，赤緯 −5.6mas。
該望遠鏡對這些黑洞的量測比以前更嚴格地檢驗了愛因斯坦的相對論，結果完全吻合。

2019 年，使用安裝在飛機的同溫層紅外線天文台上的高解析度機載寬頻相機 +（High-resolution Airborne Wideband Camera-Plus，HAWC +）進行的測量，發現磁場導致周圍的氣體和塵埃環，其溫度範圍為−280 至 17,500 °F（99.8 至 9,977.6 K；−173.3 至 9,704.4 °C），流入圍繞人馬座 A\* 的軌道，維持著黑洞的低輻射。

因為光源和地球之間的塵埃和氣體消光的影響高達 25 星等，使得天文學家始終無法在可見光中觀察到人馬座 A\*。

## 超大質量黑洞假說

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。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。地球與太陽的距離（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 百萬太陽質量的黑洞來比較，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。

人馬座 A\* 的質量估計為 431 ± 38 萬、或 410 ± 60 萬太陽質量。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。

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及紅外線能量等等，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

卡爾・央斯基（Karl Jansky）被認為是電波天文學之父，他於 1933 年 4 月發現電波信號來自人馬座方向的某個位置，指向銀河系的中心。 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。 Jack Piddington 和 Harry Minnett 在雪梨 Potts Hill 水庫使用 CSIRO 電波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」電波源 ，在使用 80 - 英尺（24 - 公尺）的 CSIRO 多佛高地的電波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。

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）使用美國國家無線電天文台的基線干涉儀發現了一個明亮且非常緊湊的組件 Sgr A\*。Sgr A\* 這個名字是布朗在 1982 年的一篇論文中創造的，因為電波源是「激發的」，並且激發態原子被用星號來表示。

馬克斯・普朗克地外物理研究所由 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\* 為一大質量緻密體的證據。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。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。

於 2004 年 11 月，天文學家發現可能是中介質量黑洞的 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。研究人員賴因哈德・根策爾認為已有初步證據證明超大質量黑洞的存在。

在 2015 年 1 月 5 日，NASA 報告說觀測到人馬座 A\* 的 X 射線閃焰破紀錄的比平常亮了 400 倍。天文學家宣稱，這種不尋常的事件可能是由於一顆小行星落入黑洞被扯碎，或者是因氣體流入人馬座 A\* 引發磁力線糾纏造成的。

2019 年 5 月 13 日，天文學家使用凱克天文台目睹了人馬座 A \* 突然變亮，比平時亮 75 倍，這表明超大質量黑洞可能遇到了另一個天體。

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，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

## 延伸閱讀

## 外部連結

* UCLA Galactic Center Group – latest results （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） retrieved 8/12/2009
* Is there a Supermassive Black Hole at the Center of the Milky Way? （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） (arXiv preprint)
* 2004 paper deducing mass of central black hole from orbits of 7 stars （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） (arXiv preprint)
* ESO video clip of orbiting star （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） (533 KB MPEG Video)
* The Proper Motion of Sgr A\* and the Mass of Sgr A\* （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） (PDF)
* NRAO article （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） regarding VLBI radio imaging of Sgr A\*
* Peering into a Black Hole （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）, 2015 _New York Times_ video
* Image of supermassive black hole Sagittarius A\* (2022) （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）, Harvard Center for Astrophysics
* YouTube 上的 Video (65:30) – EHT conference presenting first image of Sgr A\* (NSF; 12 May 2022)