关于支持科学新闻业
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻业 订阅。通过购买订阅，您正在帮助确保未来关于塑造我们当今世界的发现和想法的具有影响力的故事。
两项新的长期研究追踪了银河系中心恒星的轨道，进一步证实了那里潜伏着一个超大质量黑洞。两组研究人员使用了追溯到 1992 年的数据，甚至能够追踪到一颗名为 S2 的恒星围绕理论上的黑洞（被称为人马座 A*）完整旋转一周，其质量约为太阳的四百万倍。
两篇论文都为 疑似黑洞 的质量以及我们太阳与银河系中心之间的距离（大约 26,000 光年）提供了新的、密切相关的估计。“这两个数字是银河系的基本参数，”德国加兴马克斯·普朗克地外物理研究所的天体物理学家斯特凡·吉勒森说，他是其中一项研究的主要作者。
另一项研究的第一作者，加州大学洛杉矶分校的天文学教授 安德里亚·盖兹 也表示同意。“我们对银河系结构的许多了解都与……太阳和我们星系中心之间的距离有关，”她说。为了尽可能地提高这种认识，她补充说，“你真的希望这个数字被非常精确地确定下来。”
盖兹及其团队的研究发表在最新一期的《天体物理学杂志》上；吉勒森和他的同事们计划在同一杂志的即将发行的一期中发表他们的发现。
直接研究黑洞（例如广泛认为存在于我们星系中心的黑洞）是棘手的，因为黑洞会吞噬附近的光线，使自身几乎不可见。但研究人员可以从黑洞对 附近恒星 的强大引力影响中推断出黑洞的属性。
盖兹说，追踪恒星的轨道是研究黑洞属性最直接的方法。“如果你可以只观察恒星的运动，物理学是最简单的，”她说。“任何其他方法都需要更多的理论，所以你基本上是在建立一个更大的纸牌屋。这个实验的美妙之处在于它只有很少的假设。”
为了限制固有的系统性不确定性，盖兹的研究小组考虑了当一颗恒星在另一颗恒星前面经过时，或者在黑洞附近（落入的物质会发出辐射）的重叠光源。该团队还必须考虑在没有固定参考点的情况下天体的任何漂移，盖兹将这个过程描述为“比我曾经想象的还要微妙”。吉勒森的研究小组采取了类似的步骤来识别潜在的误差来源，改进他们的坐标系，并检查图像失真和光源混淆对估计值的影响。
在早期的研究方法中，盖兹说，“我们有点像青少年看待事物的方式。我们非常兴奋，我们对我们能做什么非常肯定，但有点天真。”她说，新的论文试图采取更成熟的观点。“我们了解到，我们比我们想象的更缺乏知识，”她说。“所以我们的测量结果更好，但我们了解到存在系统性误差，一旦你考虑到这些误差，黑洞属性的测量实际上没有我们过去认为的那么精确。”
盖兹的团队专注于 S2，这是一颗相对明亮的恒星，围绕黑洞的轨道很短，而吉勒森的团队确定了 28 颗恒星的轨道，包括 S2。“看到我们可以通过假设一个巨大的中心锚来描述那么多恒星的运动，这真的很令人惊叹，”吉勒森说。“恒星在所有方向、不同半径范围内疯狂地飞舞。但支配这一切的仅仅是牛顿定律。”
吉勒森说，S2 的运动给中心物体提供了一个外边界，这与其推断出的质量相结合，有助于证明它是一个黑洞。“拥有四百万个太阳质量坐在那里，不发光……并且被恒星 S2 的轨道所限制，这真是一个令人信服的案例，”他说。吉勒森说，2002 年，S2 经过黑洞事件视界（或不归路点）的 16 光时内；两年前，另一颗恒星甚至更近地经过，大约 11 光时。
马萨诸塞州理工学院海斯塔克天文台的天体物理学家谢泼德·多尔曼说，确定黑洞的参数 是一项重要的工作，并指出两个小组都分析了大量的“特别注意仔细误差分析”的数据。与此同时，他说，这些研究改进了而不是重新定义了先前对银河系中心性质的理解。
盖兹说，随着更先进的望远镜和 光学技术 的发展，这些估计将继续演变。更精细的银河系中心图像甚至可以为爱因斯坦物理学的基本假设提供一个试验平台。
“原则上，这些恒星可以检验广义相对论，因为它们进入了中心黑洞的非常强的引力场，”盖兹说。“如果测量足够精确，你应该能够看到对轨道的影响。”