本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点
这篇文章是系列文章的第二篇，该系列文章与我即将出版的书籍《引力的引擎：泡泡状黑洞如何统治星系、恒星和宇宙生命》（《大众科学》/FSG）相伴而生。
黑洞，即使是真正巨大的黑洞，也是微小的——在浩瀚的时空中散布着微小的针尖。即使是最大的黑洞，质量可能是太阳的百亿倍，其事件视界（从中任何光都无法逃脱的表面）也只延伸到海王星轨道附近。这仅仅是45亿公里（或0.00047光年），与星系的尺度相比简直微不足道——星系的恒星成分可能跨越超过10万光年。在银河系中不存在如此巨大的黑洞，其中最大的黑洞质量也只有400万到500万个太阳质量，潜伏在银河系中心附近。它的事件视界只比我们太阳的半径稍大一点。
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我们星系中的大多数黑洞可能只有4到5个太阳质量，而且它们非常小，视界半径只有约12公里。但是肯定有成千上万个这样的黑洞，它们是巨大恒星短暂生命的必然遗迹。然而，颇具讽刺意味的是，支持这些天体存在的天文证据不如支持它们超大质量表亲的证据确凿，后者傲然地位于看似每个星系的中心。关于低质量黑洞最有希望的天文观测来自于对双星系统的研究，在这些系统中，一颗可见的伴星正在被某种更隐蔽的东西吞噬。原型是X射线双星天鹅座X-1，它在1970年代被发现。它由一颗巨大的蓝色恒星组成，以六天为周期围绕一个间接观测到的、质量约为太阳十倍的天体运行。该天体显然正在从恒星中吸取物质，并将其卷入一个炽热的物质盘中，该物质盘发出X射线光子。这个伴星质量太大，不可能是中子星（如果质量超过约3个太阳质量，中子星会坍缩成黑洞）或白矮星（质量限制在约1.4个太阳质量），因此符合黑洞的特征。
但这并不是定论，该系统的测量仍然存在不确定性。蓝色恒星的亮度极高，使得很难确定其伴星的性质。其他类型的双星，被称为软X射线暂现源，可能会提供更清晰的恒星质量黑洞的标志。在这些系统中，一颗中等大小的恒星围绕着一个看不见的巨大伴星运行，但物质只是偶尔流向它——每10到50年大约有六个月会爆发出X射线光。这为天文学家提供了充足的机会来检查这些基本上处于休眠状态的天体，从而解开这两个天体的光。在这些情况下（以及一个名为V404 Cygni的系统是最好的例子），看起来伴星的质量确实太大，不可能是中子星，而很可能是质量约为太阳十倍的黑洞。
仍然有人质疑这种大小的黑洞是否真的是我们认为的那样。这种怀疑主义部分基于科学，虽然未经证实，但并非完全不可能。例如，某些强核力的场论允许在中子和质子的密度低于通常认为的密度时进行约束，从而形成既不是中子星也不是黑洞的天体（“Q星”）。这些天体的质量可能高达100个太阳质量，但半径仅比等质量黑洞的事件视界大40%。对于天文学家来说，区分它们的特征将是半径的差异，当然还有实际可观测的表面，而不是事件视界。
相比之下，超大质量黑洞——质量是太阳的数百万到数百亿倍——的存在更有把握，因为对于宇宙中如此巨大、但仍然非常紧凑的天体的存在，实际上没有其他合理的替代理论。它们也是宇宙中巨大的力量，在许多星系的中心产生巨大的能量，这些能量以巨大的辐射和粒子阵面，甚至以延伸数十万光年的超相对论束或物质喷流向外喷射。能量来自物质的破坏，这些物质被它们可怕的陡峭引力井所捕获，并在它们附近的旋转时空中被卷动。
银河系中心的巨大黑洞已经以一种特别壮观的方式被确定——通过观察它对附近恒星轨道的影响。这里的动画由莱因哈德·根泽尔小组在马克斯·普朗克地外物理研究所采集的真实数据组成，显示了从1992年到2008年这十六年间银河系中心恒星的运动（根泽尔与安德里亚·盖兹和她的UCLA小组最近因他们在定位和描述我们星系中心黑洞方面的开创性工作而共同获得了克拉福德奖）。
您需要点击此图像才能观看动画。仔细观察，您会看到中间的恒星围绕着某种看不见的东西突然快速移动。那个东西的质量超过400万个太阳。
您还可以在这里观看运动，更详细地放大并绘制恒星轨道的真实数据——最近的恒星最快的接近速度约为每秒7500英里，几乎是地球绕太阳公转速度的400倍，揭示了中心看不见的巨大质量的规模。
这是一张盖兹小组过去15年的观测中恒星轨迹图，显示了围绕看不见的中心质量的高度椭圆轨道。
还有许多其他证据，从银河系中心的射电波长观测，到X射线数据，这些数据揭示了该区域几乎每天发生的“耀斑”事件——可能是小行星大小的物质块在事件视界之外立即被撕裂的迹象。
当今最重要的天体物理学问题之一是这样的黑洞是如何产生的，以及它们与周围特定的星系环境有何关系——我们也是这种环境的一部分。这提出了一个听起来很奇怪，但却引人入胜的可能性；这些非凡地方的本质与宇宙中产生生命的条件之间是否存在联系？
....待续。