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解决这个问题的方法是:我们需要在红外波段而不是可见光波段进行观测。
如何测量银河中心的黑洞的质量
这种红外观测得到了两个小组的支持,一个小组由加利福尼亚的安德烈·盖齐(AndreaGhez)领导,另一个小组由德国的莱因哈特·甘泽尔(ReinhardGenzel)领导。
两支团队的工作均独立提供了对银河系中心质量的非常精确的测量结果。
图14展示了安德烈·盖齐和她的团队的数据。
在过去的几年中,他们对银心的中心区域进行了多次观测,并看到了每次观测中恒星相对上一次观测是如何运动的。
因为这些恒星的光谱类型是已知的,因此它们的质量也是已知的。
年复一年,随着每颗恒星的轨道路径变得清晰,盖齐及其团队能够根据动力学方程(开普勒定律,也是主导了我们太阳周围行星运动的定律)独立求解每个轨道,并推算出这些轨道共同的焦点所在的“黑暗”
区域的质量。
这些独立的解很好地确定了该暗区的质量。
现在人们知道,暗区在半径不超过6个光时的区域内,具有的质量刚好是我们太阳质量的400万倍。
因为这个物体虽然不可见,但质量非常大,所以唯一的结论就是我们银河系的中心存在一个巨大的黑洞。
图14 该图显示了绕我们银河系中心黑洞运动的恒星的连续位置
没有理由认为我们所在的星系——银河系——是唯一的中心存在一个黑洞的星系。
与此相反,人们强烈怀疑所有星系,至少在更大的星系的中心,都可能存在一个黑洞。
这是由于当时在杜伦大学的约翰·马格里安(JohnMagorrian)和同事发现了一对看起来非常基本的关系,也就是星系中心的黑洞质量与星系质量的关系。
当然,不论测量黑洞的质量还是星系的质量都非常困难。
在我们银河系中心表现得如此出色的技术无法应用于外面的星系,因为它们太远了。
椭圆星系中心的黑洞质量超过了太阳质量的100万倍,实际上可能达到甚至超过太阳质量的10亿倍。
因此,它们通常被称为超大质量黑洞。
尽管在测量黑洞质量和星系质量方面存在着困难,但是人们已经发现,在各种不同的星系中,中心黑洞的质量与其宿主星系的质量成比例。
人们认为这暗示着中心黑洞和星系本身在整个宇宙的时间尺度上是协同生长和演化的。
银盘上遍布着许多黑洞
除了位于银河系中心的唯一中心超大质量黑洞之外,人们认为在每个星系的范围内还散布着几百万个黑洞,并相信这些黑洞与星系中心的黑洞的形成方式非常不同。
星系中心的黑洞是通过逐渐吸收下落的物质增长,而这些恒星质量黑洞以前则是大质量恒星,曾经发出非常明亮的光芒,其内部的聚变产生了能量并使之保持高温高压,而最重要的一点在于这些能量可以抵抗引力坍缩。
当它们的核燃料全部耗尽时,就不再存在可以支撑恒星的辐射压,因而就没有任何东西可以平衡向内的引力。
对于质量与我们的太阳相似的恒星,在引力作用下的坍缩最终会形成一个被称为白矮星的致密物体。
致密一词在天体物理学中具有特殊的含义,表示该物质的密度与普通物质完全不同。
按照普通物质密度的标准,白矮星中的物质已经被极度压缩,所以它是致密的。
这些物质的所有电子都与其原子核相分离,也就是被电离了,但是又很冷(通常物质仅在高温下才会被电离)。
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