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银河系中心超大质量黑洞


□ 沈志强

  摘要 通过对位于银河系中心的非热、致密射电源人马座A*(Sagittarius A*)的高分辨率甚长基线干涉(VLBI)观测,文章作者及其合作者成功地得到人马座A*的固有辐射区域的直径仅为1个天文单位,支持其是超大质量黑洞的物理解释,文章在较详细地介绍此研究的同时,也简要提及了从黑洞概念的最早提出至今的200多年里人们在黑洞物理认知上的一些重大进展,可以预期,未来亚毫米波VLBI观测将有望揭示银河系中心超大质量黑洞的阴影结构。
  关键词 黑洞,超大质量黑洞,银河系中心(Sgr A*),甚长基线下涉(VLBI),(亚)毫米波
  
  1 黑洞概念的出现和发展
  
  黑洞这一天文学名词对我们大家都已经是“耳熟”且也多少“能详”了,简言之,黑洞是代表这样一个特定的时空区域,在其中的引力场是如此之强,以致于连光线也无法逃逸出来,关于黑洞概念的最早讨论可以追溯到1783年英国的地质学家米歇尔(Michell J)向英国皇家学会提交的一篇论文(该记录是在20世纪70年代被发现的),当时人们已可以从牛顿力学计算出一个质量为M、半径为R的球形引力源表面的逃逸速度是:
  
  V逃逸=(2GM/R)1/2 (1)这里G是牛顿万有引力常数,这个逃逸速度就好比我国的嫦娥探月飞船要飞往月球必须先摆脱地球引力束缚的最小速度,通常被称作第二宇宙速度,约为11.2km/s,米歇尔估算了一个假想的星球,其质量密度与太阳一样,但半径是太阳的500倍,由此得到的逃逸速度将超过光速,意味着光线也不能挣脱该星球的引力跑出来,即该星是不可见的(invisible),约13年之后,法国科学家拉普拉斯(Laplace P-S)在其著名的《宇宙体系论》一书的最初两版中提出了类似的想法,认为最亮的天体可能反而是看不见的,但这些观点都是建立在当时占主导地位的牛顿提出的光的微粒学说基础上,即认为光是由有一定质量的粒子组成的,因此也就不难理解,当一系列实验(如1801年的杨氏双缝干涉实验)表明光是一种没有质量的波动时,由逃逸速度超过光速推断得到的看不见的是这一概念在整个19世纪就再也没有引起更多的关注。
  这样,关于黑洞概念的进一步探讨就等待了一个世纪多的时间,直到1915年爱因斯坦发表广义相对论后不久,当时正在俄罗斯前线服兵役的德国天文学家史瓦西(Schwarzsehild K)给出了对应于一个没有自旋的球对称天体的引力场方程的解,认为对于一个给定质量的星球,存在一个临界半径,从这半径处发出的光将具有无穷大的引力红移,以致于在其外部任何地方的观测者都无法接收到,这就是我们现在常提到的史瓦西黑洞的稳定静态解,证明广义相对论在理论上是预言了黑洞的存在,而这个临界半径被称为史瓦西半径,表示为: ......
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摘自:物理
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