这篇文章是由中国科学院主办的2019年作文大赛的五篇获奖文章之一黑洞主动在哈佛大学。BHI负责人阿维•勒布表示:“黑洞倡议为更有创造性、更全面地思考黑洞问题提供了一个独特的环境。”4月10日，天文学家首次观测到一个黑洞鹦鹉螺收录了五篇获奖文章
一世N 1700s，英格兰约翰米克尔和法国的皮埃尔 - 西蒙拉普拉斯独立地认为“出路就开箱即用”，如果巨大的群众以令人难以置信的少量放置巨大的群众会发生什么。将这个思想的实验推向极限，他们劝告引力力可能不允许任何东西，甚至光，逃脱。米歇尔和拉普拉斯想象我们现在所谓的黑洞。
天文学家现在确信，当大质量恒星燃烧完它们的核燃料时，它们会坍缩到几乎为空，并形成黑洞。虽然一颗恒星坍缩成黑洞的概念令人震惊，但来自数百万甚至数十亿颗恒星的物质可以浓缩成一个超大质量黑洞的可能性就更不可思议了。然而，天文学家现在确信超大质量黑洞存在，并且在宇宙中1000亿个星系中的大多数中心都发现了它们。
我们是如何得出这个惊人的结论的?这个故事开始于20世纪中期，当时天文学家扩大了他们的视野，超越了我们眼睛所能感知的非常狭窄的波长范围。人们发现了非常强的无线电波源，当确定了准确的位置后，发现许多都是以遥远的星系为中心的。此后不久，无线电天线被连接在一起，以大大提高角度分辨率。这些新的“干涉仪”揭示了一幅完全出乎意料的星系射电辐射图——无线电波似乎不是来自星系本身，而是来自星系周围对称分布的两个巨大的“瓣”。图一展示了这样一个名为天鹅座a的“射电星系”的例子。射电瓣可能是宇宙中最大的结构之一，其大小是该星系本身的100倍以上。
巨大的无线电波是如何被激发的?它们围绕一个星系的对称位置清楚地表明了它们之间的密切关系。在20世纪60年代，灵敏的无线电干涉仪通过发现微弱的痕迹或“喷流”证实了这种关系，追踪从叶状体发出的无线电辐射到精确的星系中心的一个非常紧凑的源。这些发现促使射电天文学家增加干涉仪的尺寸，以便更好地分辨这些辐射。最终，这导致了超长基线干涉测量技术(VLBI)的出现，在该技术中，来自地球各地天线的无线电信号被结合起来，以获得一个地球大小的望远镜的角度分辨率!通过VLBI观测得到的射电图像很快揭示出，以星系标准来看，射电星系中心的源是“微观的”，甚至比太阳和离我们最近的恒星之间的距离还小。
当天文学家计算出电源无线电裂片所需的能量时，它们被震惊。它需要1000万星才能“蒸发”，使用爱因斯坦着名方程式将其质量转化为能源E.=mc2！！核反应，动力恒星，甚至不能将星星的1％转化为能量。因此，试图解释核电的无线电裂片中的能量需要超过10亿季度，这些恒星必须生活在VLBI观察的“微观”体积内。由于这些调查结果，天文学家开始考虑替代能源：超级分类黑洞。
考虑到星系中心可能有超大质量的黑洞，我们很自然地要检查银河系的中心是否有这样一个怪物。1974年，在那里发现了一个非常紧凑的射电源，小于1秒的弧度(1/3600度)。这个致密源被命名为人马座A*，或sgr a*对于短暂的，并在图2的右侧面板的中心显示。早期的VLBI观察结果确定了SGRA*比我们的太阳系要小得多。然而，没有明显的光学，红外，甚至x射线发射源可以确定，它的性质仍然是神秘的。
同时，高分辨率红外摄像机的发展揭示了银河系中的密集恒星。在光学波长中不能看到这些恒星，因为可见光通过中间粉尘完全吸收。然而，在红外波长的10％的星光下，他们的望远镜途径，天文学家一直在测量这些恒星的位置超过二十年。这些观察结果有助于恒星沿着椭圆路移动的重要发现，这是重力轨道的独特特征。这些恒星中的一个现已追溯到完整的轨道上，如图2的左侧图所示。
部分轨道跟随了许多恒星，并且所有恒星都与轨道一致的一个对象。已经观察到两颗恒星接近我们的太阳能系统的大小，由星系标准非常小。此时，重力是如此强大，星星是轨道轨道，每秒近10,000公里，足以在一秒钟内穿过地球！这些测量毫无疑问，星星响应了太阳的400万次的不良质量。将这种质量与恒星轨道表示的（天文学上）的小体积相结合意味着非常高的密度。在这种密度下，很难想象任何类型的物质如何不会崩溃形成一个黑洞。
刚才描述的红外结果与射电波长的观测结果完美地互补。为了识别Sgr A的红外对应物*，无线电源的位置需要精确地转移到红外图像。这样做的巧妙方法使用在无线电和红外波长下可见的源来将参考框架绑定在一起。理想的来源是巨大的红星，在红外线中明亮，在围绕它们的分子的无线电波长具有很强的发射。通过在两个波段匹配这些星星的位置，SGR A的无线电位置*可以以0.001秒的弧形转移到红外图像。这种技术放置了SGRA*精确地处于轨道恒星的重力中心的位置。
恒星轨道内的黑质肿块可以直接与无线电源SGR A直接相关*？是人马座A*一个明星，它将在强烈的引力场中每秒超过10,000公里移动，因为其他恒星被观察到。只有在sgr a*它会慢慢移动是极大的。SGRA的位置*已经被VLBI技术监测了20多年，揭示了它在银河系的动力中心基本上是静止的。具体来说，是Sgr A的组分*它垂直于银河系平面的固有运动速度不足每秒一公里。相比之下，这比地球绕太阳公转的速度慢30倍。Sgr A*本质上是静止的，并将其固定在银河中心需要Sgr A*它的质量是太阳的40万倍。
最近的VLBI观察结果表明SGR A的无线电发射的大小*少于汞轨道内包含的。将此卷组合给SGR A*其质量下限地产生惊人的高密度。这种密度在黑洞的最终极限的额度不到10倍。在这种极端密度下，证据是压倒性的SGRA*是一个超级分类的黑洞。
这些发现因其直接和简单而优雅。恒星的轨道提供了一个绝对清晰和毫不含糊的证据，证明存在一个看不见的巨大质量浓度。发现致密射电源Sgr A*在看不见的质量的精确位置，动态为超姿态黑洞提供更引人注目的证据。它们在一起形成了一个简单，独特的演示，以至于超级分类黑洞的奇妙概念确实是现实。John Michell和Pierre-Simon Laplace将被震惊地知道他们对黑洞的猜想不仅是正确的，而且比他们所想象的要大得多。
Mark J. Reid是Astrophysics，Harvard＆Smithsonian中心的高级天文学家。他同时使用全球的无线电望远镜，以获得新生儿和垂死的星星的最高分辨率图像，以及黑洞。
这篇文章中位于黑洞研究所的论文比赛中。
本文最初发表于2019年2月的“模式”问题。
