银河系中心是否隐藏着其他东西？银河系中心所含质量的 99.9% 来自黑洞

　　精确洞察银河系中心的超大质量黑洞。天文学家使用双子座天文台和国际望远镜合作来揭示人马座 A*。在双子座北望远镜的帮助下，天文学家对银河系中心超大质量黑洞周围的恒星运动进行了最精确的测量。这些结果表明，银河系中心所含质量的 99.9% 来自黑洞，只有 0.1% 可能包括恒星、较小的黑洞、星际尘埃、气体或暗物质。

　　天文学家比以往任何时候都更精确地测量了人马座 A* (Sgr A*) 附近的四颗恒星的位置和速度，潜伏在银河系中心的超大质量黑洞。这些恒星（称为 S2、S29、S38 和 S55）的运动轨迹表明银河系中心的质量几乎完全是由于人马座 A*黑洞造成的，几乎没有留下别的空间吗？

　　研究小组在这项研究中使用了各种尖端的天文设备。为了测量恒星的速度，他们使用了位于夏威夷莫纳凯亚山顶附近的 Gemini North 的 Gemini 近红外光谱仪 (GNIRS) 的光谱学，该光谱仪是国际双子座天文台的一部分，是 NSF 的 NOIRLab 的一个项目，以及 SINFONI 仪器在欧洲南方天文台的超大望远镜上。VLTI 的 GRAVITY 仪器用于测量恒星的位置。

　　“我们非常感谢双子座天文台，它的 GNIRS 仪器为我们提供了我们需要的关键信息，”马克斯·普朗克地外物理研究所所长、2020 年诺贝尔物理学奖的共同获得者莱因哈德·根泽尔说。“这项研究表明全球合作处于最佳状态。”

　　银河系的银河系中心距离太阳大约 27,000 光年，包含紧凑的射电源 Sgr A*，天文学家已将其确定为一个超大质量黑洞，其质量是太阳的 430 万倍。尽管进行了数十年的艰苦观察——以及因发现人马座 A*的身份而获得诺贝尔奖——但很难最终证明这一质量的大部分仅属于超大质量黑洞，也不包括巨大的黑洞。恒星、较小的黑洞、星际尘埃和气体或暗物质等物质的数量。

　　“随着 2020 年诺贝尔物理学奖因证实人马座 A* 确实是一个黑洞而获得，我们现在想走得更远。我们想了解银河系中心是否还隐藏着其他东西，以及广义相对论是否确实是这个极端实验室中正确的引力理论，”参与这项工作的天文学家之一斯特凡·吉勒森解释说。“回答这个问题最直接的方法是密切关注靠近人马座 A* 的恒星的轨道。”

　　爱因斯坦的广义相对论预测，恒星围绕超大质量致密物体的轨道与经典牛顿物理学所预测的轨道略有不同。特别是，广义相对论预测恒星的轨道将勾勒出优雅的玫瑰花结形状——这种效应被称为史瓦西岁差。为了真正看到星星在这个玫瑰花结上的轨迹，该团队跟踪了 Sgr A* 附近的四颗恒星的位置和速度——分别称为 S2、S29、S38 和 S55。该团队对这些恒星进动程度的观察使他们能够推断出人马座 A* 内的质量分布。他们发现，S2 星轨道内的任何扩展质量最多只能贡献相当于超大质量黑洞质量的 0.1%。

　　测量银河系超大质量黑洞周围遥远恒星轨道的微小变化是极具挑战性的。为了进一步发现，天文学家不仅要突破科学的界限，还要突破工程学的界限。即将推出的超大型望远镜 (ELT)，例如巨型麦哲伦望远镜和 30 米望远镜（都是 US-ELT 计划的一部分），将使天文学家能够以更高的精度测量更暗的恒星。

　　“我们将在未来进一步提高我们的灵敏度，让我们能够追踪更微弱的物体。”Gillessen 总结道。“我们希望探测到比现在更多的东西，为我们提供一种独特而明确的方法来测量黑洞的旋转。”

　　美国国家科学基金会双子座项目官员马丁斯蒂尔说：“双子座天文台继续为我们银河系的性质及其中心的巨大黑洞提供新的见解。” “在接下来的十年中，旨在广泛使用的进一步仪器开发将保持 NOIRLab 在表征我们周围宇宙方面的领导地位。”