反过来说 , 如果天文学家能在银河系中心确认超大质量黑洞的存在 , 就可以推而广之 , 确认用超大质量黑洞来解释类星体这种理论的可靠性 。
上世纪70、80年代 , 天文学家用当时已经相当丰富的各种观测手段对准银心一阵猛拍 , 发现这里确实不太对劲 。
1977年 , 这里被发现有时会出现猛烈的电子、正电子湮灭辐射——说明银心有一个致密天体 , 在猛烈撕扯周围的物质 。
在射电波段 , 天文学家也识别出银心一个小而强的辐射源——人马座A* 。 得益于射电天文学在60年代发展出来的甚长基线干涉技术 , 人马座A*的位置可以被非常准确的确定出来 。 美国国立射电天文台的一组研究人员看了7年时间 , 发现人马座A*几乎一动不动 , 仿佛丝毫没有受到周围天体运动的扰动——说明它有着巨大的质量 。
射电天文学家还绘制出银心星云的分布 。 他们发现虽然银心附近也有不少星云 , 但最靠近中心的地方 , 存在一个10光年大小的空腔 , 像是被吸尘器扫荡过一样 。 而空腔外尚存的星云 , 则被质量巨大的引力中心拉扯成长条状 , 有的可以被加速到每秒上千公里的高速 。
丨银心附近的气体空腔(Genzel在1990年《科学美国人》文章配图)
时间来到1987年 。 为了推测中间这个超强引力中心是一个单独的超大质量天体(黑洞) , 还是由一团不怎么发光的致密天体(比如中子星)组成的密集星团 , 年仅35岁的Genzel放了个大招:他主笔的一篇大综述文章总结了很多不同人的观测 , 通过银心附近不同距离处天体的不同公转速度 , 确定了银心附近的质量分布(即不同半径内分别包含了多少质量) 。
他发现 , 那个10光年空腔的内外 , 质量分布迥然不同 。 空腔外侧 , 看起来就是一大团恒星 , 质量分布按密集星团的理论规律改变;而进入空腔内侧 , 就逐渐从原来的规律‘跑偏’ , 甚至到距离中心1光年以内的区域中 , 包含的质量几乎不再随半径改变 , 看起来像是没什么别的东西了 , 更像只有中心一个超大质量的点状天体 。
丨银心附近的不同半径内所包含的质量随半径的变化 , 图中包含本文下一小节即将介绍的内容(马普地外所2018年进展报告)
这个思路非常棒 。 但这个超大质量中心天体究竟是不是黑洞 , 就要在接下来的几十年中再行详查了 。
发现S2 , 盯住S2
从1991年开始 , Genzel不断改进观测设备甚至打造自己的专属相机 , 以应对诸如由地球大气造成的‘视宁度’<1>等问题 。 积累几年数据后 , Genzel在1996年刊文《自然》杂志 , 报告了他的发现:他的团队找到银心附近的39颗恒星 , 最近的距离银心仅有0.1光年 。
发现银心星团后 , 才是漫长等待的开始 。
【就这么一颗星,这个男人,盯着看了三十年】他在等这些恒星在中心天体巨大引力的掌控下 , 滑出一道道优雅的轨迹 , 让他可以根据这些恒星轨道 , 计算出中心天体的位置、质量等信息 。
而其中肩负重任的那颗恒星 , 就是离银心最近的‘S2’ 。
Genzel盯了十一年之后 , S2星在2002年第一次来到了近心点 。
这一次 , 距离不再以光年、光月、光日计算 。 这一次 , S2到银心之间只有17光时 , 日地平均距离的125倍 。
这次过近心点让Gezel算出中心天体的密度下限 , 他当时已经可以得出结论:它就是个黑洞 。
虽然这个发现在30年后足以让他获得诺贝尔奖 , 但他并没有止步于此 , S2的发现给Genzel带来更大的野心:他想用更高精度的望远镜测量它的轨道 。
毕竟它的公转周期 , 只有16年 , 短于人的寿命——那么 , 再盯16年就是了 。
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