银河系的黑洞是射电天文学的“诞生之声”

银河系中心区域的超大阵列图像。 圆圈标记的亮点是人马座 A*,我们银河系的中心黑洞所在的位置。 学分:NRAO/AUI/NSF

我们银河系中心的超大质量黑洞的第一张图像将射电天文学带回了它的天体诞生地。 事件视界望远镜 (EHT) 是全球毫米波射电望远镜的集合,它拍摄了有史以来首次探测到宇宙无线电波的同一区域的具有里程碑意义的新图像。 1932 年,贝尔电话实验室工程师卡尔·扬斯基 (Karl Jansky) 的这一发现是射电天文学的开端。

新的 EHT 图像是从伽利略·伽利莱 (Galileo Galilei) 开始的漫长银河系研究历史的巅峰之作,伽利略在 1610 年使用他的望远镜发现我们的银河系在肉眼看来就像云,实际上是由恒星组成的。 1785 年,英国天文学家威廉·赫歇尔制作了一张银河系的基本地图。

1918年,美国天文学家哈洛·沙普利(Harlow Shapley)利用造父变星提供的新发现的测距工具确定了银河系中心的位置,确定了围绕银河系的球状星团光环的中心位于人马座的一个区域。 从可见光望远镜看,该区域被厚厚的气体和尘埃云遮住了。

Jansky 于 1928 年被贝尔实验室聘用,负责确定干扰短波无线电电话通信的噪声源。 他设计了一种高度定向的天线,并在 1932 年发现了许多噪声源。 然而,一个谜团仍然存在——“一种非常稳定的嘶嘶式静电,其来源尚不清楚。”

这种嘶嘶声出现的时间随着季节的变化而变化。 在一位天文学家朋友的建议下,扬斯基查阅了一些天文学教科书,并于 1932 年 12 月得出结论,奇怪的嘶嘶声来自“太阳系外”。 1933 年 4 月,他在华盛顿特区的一次会议上发表的一篇论文中宣布了这一点。1933 年 5 月 5 日,《纽约时报》的头版报道了他的声明。


Karl Jansky 站在他用来定位无线电静电源的高定向天线旁边,包括来自我们银河系中心的无线电静电源。 学分:NRAO/AUI/NSF

十天后,扬斯基接受了全国无线电网络的采访,并说他已经找到了他发现的噪音在天空中的位置,“这似乎证实了沙普利博士的计算,即无线电波似乎来自地球的中心。我们银河系的重力。”

该区域后来被称为人马座 A,作为该星座中最亮的无线电发射源。 1951 年,澳大利亚射电天文学家进一步缩小了辐射的起源,即作为银河系的中心。

1974 年,布鲁斯·巴利克 (Bruce Balick) 和罗伯特·布朗 (Robert Brown) 使用国家射电天文台的绿岸干涉仪发现了一个非常明亮且紧凑的天体,布朗后来将其命名为人马座 A*(加上星号)。 黑洞成为该物体明亮无线电发射的主要解释,简称 Sgr A*。 1994 年,红外和亚毫米研究估计该物体的质量是太阳质量的 300 万倍。

2002 年,由马克斯普朗克地外物理研究所的 Reinhard Genzel 领导的一个小组报告了一项为期 10 年的关于人马座 A* 附近名为 S2 的恒星的轨道运动的研究。 该研究得出的结论是,中心物体的质量是太阳的 400 万倍以上。

2009 年,另一个团队报告了对该地区恒星轨道的进一步观察,并得出结论认为,中心物体可能是一个黑洞,因为目前还没有其他现象可以将这么多质量塞进这么小的空间。 这项工作和 Sgr A* 的其他研究为加州大学洛杉矶分校的 Genzel 和 Andrea Ghez 赢得了 2020 年诺贝尔物理学奖,因为他们提供了“迄今为止关于银河系中心存在超大质量黑洞的最令人信服的证据”。

EHT 协作生成的图像与黑洞周围应该看到的理论预测一致,这使得该案例在今天更具说服力。