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倡议在哈佛大学。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
我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。
天文学家现在相信，当大规模的恒星通过他们的核燃料燃烧时，它们将近虚无，形成一个黑洞。虽然一颗星的概念坍塌到黑洞是惊人的，但是材料从数百万甚至数十亿颗恒星的材料都可以凝聚在一个超大痉挛的黑洞中更加神奇。然而，天文学家现在有信心超大的黑洞存在，并且在宇宙中大多数1000亿条星系的中心中找到。
我们是如何令人惊讶的结论的？当天文学家扩展到我们眼睛敏感的非常窄的波长范围内，这个故事始于1900年代中期。发现了非常强大的无线电光源，并且当确定准确的位置时，发现许多人被居中在远处的星系上。此后不久，无线电天线将连接在一起，以大大提高角度分辨率。这些新的“干涉仪”揭示了星系的无线电发射的完全意外图片 - 无线电波似乎没有来自银河系本身，而是从两个巨大的“裂片”对称地围绕星系。图一示出了这种“无线电星系”的示例，名为Cygnus A.无线电裂隙可以是宇宙中最大的结构之一，在星系本身的尺寸上向上百倍。
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。
当天文学家计算出射电瓣所需的能量时，他们震惊了。它需要1000万颗恒星“蒸发”，利用爱因斯坦著名的方程将它们的质量完全转化为能量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＊比我们的太阳系大小更紧凑。然而，没有明显的光学，红外线，甚至可以自信地识别出明显的光学，红外线，甚至是X射线发射源，其性质仍然是神秘的。
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。
许多恒星都是沿着部分轨道运行的，而且所有恒星的轨道都与围绕单一物体的轨道一致。两颗恒星已经被观测到接近中心，接近我们太阳系的大小，以星系的标准来看，这是非常小的。在这一点上，引力是如此之强，以至于恒星的轨道运行速度接近每秒10000公里——快到足以在一秒内穿过地球!这些测量结果毫无疑问地表明，这些恒星的质量是太阳质量的400万倍。将这种质量与恒星轨道所指示的(天文学上的)小体积结合起来，就意味着密度非常高。在这样的密度下，很难想象任何一种物质不会坍缩形成黑洞。
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。
恒星轨道内的暗质量有多少与射电源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＊垂直于银河平面的内在运动小于每秒一公里。相比之下，这比地球轨道速度慢30倍。SGRA的发现＊本质上是静止的，并将其固定在银河中心需要Sgr A＊包含超过400,000倍的阳光质量。
最近的VLBI观测表明Sgr A的射电发射的大小＊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＊是一个超大质量黑洞。
这些发现是优雅的直接和简单性。恒星的轨道提供了绝对明确和明确的证据证明了巨大的看不见的质量浓度。发现紧凑型无线电源SGRA＊是在看不见的质量的精确位置，并且是静止的，这提供了更令人信服的证据，超大质量黑洞。它们共同构成了一个简单而独特的证明，证明了超大质量黑洞的神奇概念确实存在。约翰·米歇尔和皮埃尔·西蒙·拉普拉斯得知他们关于黑洞的猜想不仅被证明是正确的，而且比他们想象的还要大得多时，一定会大吃一惊。
马克·j·里德(Mark J. Reid)是哈佛大学和史密森尼学会天体物理中心的高级天文学家。他同时在全球使用射电望远镜，以获得新生恒星和濒死恒星以及黑洞的最高分辨率图像。
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》杂志。
