探尋黑洞的故事
黑洞，顧名思義就是讓人看不見摸不著的一個黑暗窟窿，黑洞內(nèi)的引力非常強大，還有非常強大的磁場，就像是一塊高能量的吸鐵石，把外面的所有靠近黑洞的一切物質(zhì)都吸引過來，連光都逃逸不出的。使人想象它的引力如此巨大，且以光速的力量把一切東西都吞噬進來，黑洞內(nèi)聚集的物質(zhì)密度無法想象，在黑洞內(nèi)一切物質(zhì)被壓縮到極點，如原子、中子、電子等都緊密的聚在一起，如同無數(shù)的基本粒子大團聚，所有的能量使引力達到無限大，速度達到無限快，內(nèi)在的物質(zhì)組成現(xiàn)在還無法想象。
事件視界望遠鏡（EHT）是一個國際合作的大型望遠鏡陣列的項目，該陣列由全球射電望遠鏡網(wǎng)絡(luò)組成，并結(jié)合了地球周圍幾個超長基線干涉測量（VLBI）臺站的數(shù)據(jù)。目的是觀察銀河系中心超大質(zhì)量黑洞射手座A *星的直接環(huán)境，以及超巨星橢圓星系梅西耶87（M87）中心更大的黑洞，角度分辨率可與黑色相媲美的事件視界。
2019年4月10日科學(xué)家們在事件視界望遠鏡（EventHorizon Telescope）合作國際天文小組的發(fā)布會上，首次發(fā)布在人類歷史上首次拍攝的第一張超大質(zhì)量黑洞的照片，使愛因斯坦提出的相對論的黑洞預(yù)言理論得到了有力的證據(jù)。
2019年4月10日，首次發(fā)布的黑洞照片，位于室女座的橢圓星系M 87核心內(nèi)部的超大質(zhì)量黑洞。事件視界望遠鏡測量其的直徑約為400億公里，它的質(zhì)量估計為7.22×109太陽質(zhì)量，是太陽質(zhì)量的67億倍。是在室女座的北部邊界附近，靠近后發(fā)座，東次將（太微左垣四）（室女座ε）恒星西部，坐標(biāo)：12小時30分49.2秒，赤緯+12°23′28″。這是事件視界望遠鏡（EventHorizon Telescope）（EHT）直接成像的第一個黑洞（2019年4月10日發(fā)布的圖像）。
黑洞的第一個圖象像。上圖：M87 *的事件視界望遠鏡圖像，來自于2019年4月11日的觀察結(jié)果，作為2019年活動中收集的圖像的代表性示例。下圖：在不同日期拍攝的相似圖像，顯示了基本圖像結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和不同日期之間的等效性。北向上，東向左。
黑洞M87 *和人馬座A *的第一張照片
在這張錢德拉X射線望遠鏡和射電無線電（VLA）合成圖像中，來自室女座群的熱物質(zhì)（X射線中的藍色）落向M87的核心（黑洞）并冷卻，在那里它被相對論射流（橙色的無線電）所滿足，在星系的星際介質(zhì)中產(chǎn)生了沖擊波。
M87的無線電波長圖像顯示來自核心（黑洞）的強無線電發(fā)射
巨大的橢圓星系梅西耶87周圍的巨大光環(huán)出現(xiàn)在這個非常深的圖像上。 這個光環(huán)右上角的光線過剩，以及行星狀星云在星系中的運動，是最近與M 87相撞的中型星系的最后跡象。
今天我就把黑洞的概況向大家介紹一下：
黑洞在理論上分為超大質(zhì)量黑洞，中等黑洞和小黑洞，但是都大同小異，目的就是把靠近黑洞的一切物質(zhì)都吞噬進來，連光也不放過，所以人們無法觀察。但是黑洞在吞噬物質(zhì)的時候，由于吞噬量極大，在吞噬物質(zhì)后的旋轉(zhuǎn)速度也極大，致使一部分被吞噬的物質(zhì)沿著吸積盤的邊緣而逃逸出來，就形成一個看上去像一口深不見底的一個井圈的樣子，使人深不可測。但是這個“井圈”在理論上應(yīng)該能發(fā)現(xiàn)，于是科學(xué)家們使用X射線來判斷，從而也使科學(xué)家們尋找到黑洞的原因。由于宇宙太大，無法想象，黑洞在空間只是一個比芝麻還要小的一個點，要從宇宙里找到這個點是極其困難的，從而也使科學(xué)家們尋找的對象。
研究黑洞，尋找黑洞，就是要從超大質(zhì)量黑洞著手，因為超大質(zhì)量黑洞在宇宙里的點相比較來講還是稍微大一點的。
研究黑洞，尋找黑洞，就是要從超大質(zhì)量黑洞著手，什么是超大質(zhì)量黑洞，什么是黑洞概念，現(xiàn)在就一起看一下我的敘述。
超大質(zhì)量黑洞，是最大類型的黑洞，其質(zhì)量大約為數(shù)十萬至數(shù)十億個太陽的質(zhì)量。這是一類經(jīng)歷了引力坍縮的天文物體，留下了一個球狀的空間區(qū)域，沒有任何東西可以逃脫，甚至沒有光線。觀測證據(jù)表明，所有或幾乎所有的大質(zhì)量星系都包含一個超大質(zhì)量黑洞，位于星系的中心。如在我們的銀河系，超大質(zhì)量黑洞對應(yīng)于人馬座A *星，在銀河核心的位置。星際氣體在超大質(zhì)量黑洞上的吸收是為類星體和其他類型的活動星系核提供動力的過程。
超大質(zhì)量黑洞具有區(qū)別于低質(zhì)量分類的特性。首先，黑洞的平均密度，定義為黑洞的質(zhì)量除以其史瓦西半徑內(nèi)的體積，可能小于某些水的密度。這是因為史瓦西半徑與其質(zhì)量成正比。由于球形物體的體積（例如非旋轉(zhuǎn)黑洞的事件視界）與半徑的立方成正比，因此黑洞的密度與質(zhì)量的平方成反比，因而更高質(zhì)量黑洞的平均密度較低。此外，對于超大質(zhì)量黑洞，事件視界附近的潮汐力明顯較弱。事件視界上的天體上的潮汐力同樣與質(zhì)量的平方成反比：地球表面上的人和1000萬太陽質(zhì)量黑洞的事件視界中的人有大約相同的頭與腳之間的潮汐力。與恒星質(zhì)量黑洞不同，人們在深入黑洞之前不會遇到明顯的潮汐力。
即超大質(zhì)量黑洞的事件視界附近的潮汐力明顯較小，一名前往黑洞中心的假想宇航員在深入黑洞之前不會遇到明顯的潮汐力，甚至不會比現(xiàn)在地球上大，這樣人體進入黑洞將安全通過，但當(dāng)人落入這樣的黑洞，將看到視界慢慢變大并占滿整個視野，但是他也被外界看不到，你就進入永恒了。但對于你自己，你將快速向奇點陷落，隨著加速下落，離奇點的距離越來越近，引力梯度將漸漸變大，時空彎曲越來越嚴(yán)重，最終你還是躲不過被拉長的命運，同較小的黑洞的潮汐力將把人拉長或壓扁一樣。
史瓦西半徑（廣義相對論的引力半徑）公式：γ2＝2GM÷C2
其中G是引力常數(shù)，M是物體質(zhì)量，c是光速。
黑洞噴氣形成的例證，在由黑洞和恒星組成的二元系統(tǒng)中，后者看到它的氣體被撕裂并被吸入黑洞。在接近時，氣體產(chǎn)生吸積盤，吸收盤本身提供構(gòu)成射流的材料。
廣義相對論表明存在兩個黑洞相互連接的黑洞，這種配置通常稱為蟲洞或愛因斯坦 - 羅森橋。
18世紀(jì)，英國自然哲學(xué)家和牧師約翰·米歇爾（John Michell）和法國學(xué)者及拉普拉斯侯爵皮埃爾·西蒙（Pierre-Simon）首次考慮了引力場太強而無法逃離的物體。1915年，阿爾伯特·愛因斯坦發(fā)表他的廣義相對論，證明引力確實會影響光的運動。1916年，德國物理學(xué)家和天文學(xué)家卡爾·史瓦西·希爾德（Karl Schwarzs child）發(fā)現(xiàn)了第一個能夠描述黑洞特征的廣義相對論的引力半徑方案。
在1939年，美國理論物理學(xué)家和物理學(xué)教授朱利葉·羅伯特·奧本海默（Julius RobertOppenheimer）和其他人預(yù)測，重星的引力坍縮被認(rèn)為是造成恒星質(zhì)量黑洞的原因。早期宇宙中的恒星形成可能導(dǎo)致非常大質(zhì)量的恒星，在它們崩潰時會產(chǎn)生高達103 太陽質(zhì)量的黑洞。這些黑洞可能是大多數(shù)星系中心發(fā)現(xiàn)的超大質(zhì)量黑洞的種子。進一步表明，在年輕宇宙中，氣體云的直接坍塌可能形成質(zhì)量約為105太陽質(zhì)量的超大質(zhì)量黑洞。如果中子星超過托爾曼 - 奧本海默 - 沃爾科夫極限，將進一步崩潰，從而坍縮到黑洞的星星。
2017年8月17日美國激光干涉引力波天文臺（LIGO）和意大利比薩市附近的馬切拉塔的圣斯特凡諾村（Santo Stefano）室女座激光干涉儀探測器觀測到星系NGC 4993星系一個GW170817的引力波（GW）信號，坐標(biāo)：13小時9分48.08秒，赤緯-23°22′53.3″。是由兩顆中子星在最后幾分鐘相互靠近并最終合并而產(chǎn)生的，是世界上第一個觀測到的引力波。引力波信號，稱為GW170817，持續(xù)時間約為100秒，顯示了兩顆中子星的吸氣強度和頻率特征。引力波信號表明它是由兩顆中子星的碰撞而產(chǎn)生的，總質(zhì)量為2.82（+ 0.47-0.090）倍太陽質(zhì)量。中子星GW170817合并的觀測數(shù)據(jù)認(rèn)為，不久之后將會產(chǎn)生一個黑洞。
NGC 4993，也編號為NGC 4994，是一個透鏡狀橢圓星系，位于長蛇座，坐標(biāo)：13小時9分47.7秒，赤緯-23°23′2.0″。距離地球大約1.4億光年，于1789年3月26日由英國天文學(xué)家約翰·赫歇爾（William Herschel）發(fā)現(xiàn)。以2915公里/秒的衰退速度遠離地球，最大直徑51000光年，最小直徑4.3萬光年。NGC 4993內(nèi)的暗物質(zhì)暈，估計質(zhì)量為193.9×1010太陽質(zhì)量。估計有250個球狀星團。核心有一個超大質(zhì)量黑洞，估計質(zhì)量約為8億到1億太陽質(zhì)量（8×107太陽質(zhì)量）。
NGC 4993星系
NGC 4993星系位置，平一（長蛇座γ）恒星西面，平增一（長蛇座ψ）恒星東南側(cè)。
NGC 4993星系內(nèi)兩顆中子星在這個星系盤中碰撞并合并，產(chǎn)生了引力波。
NGC 4993星系內(nèi)兩顆中子星在這個星系盤中碰撞并合并，產(chǎn)生了引力波。
藝術(shù)概念：兩顆中子星合并
NGC 4993的哈勃圖片，插圖顯示GRB 170817A超過6天。圖片來源：NASA和ESA
激光干涉引力波天文臺（LIGO）漢福德（Hanford）探測器，位于華盛頓州東部漢福德附近。
激光干涉引力波天文臺漢福德探測器
激光干涉引力波天文臺（LIGO）利文斯頓（Livingston）探測器，位于路易斯安那州利文斯頓附近，與漢福德探測器相距3000公里（1800英里）。
室女座激光干涉儀探測器，3公里長的西臂和北臂（在右邊）及其他建筑物包括辦公室。
激光干涉儀探測器將觀察來自多個來源的引力波，一個是恒星質(zhì)量的黑洞，對大質(zhì)量黑洞進行吸氣。
黑洞正在吞噬一顆中子星，首先將中子星拉成新月，吞下它，然后在隨后的幾分鐘和幾小時內(nèi)吞噬破碎的星的碎屑。
“黑洞” 一詞早先用“黑暗之星”或“引力坍縮物”這個術(shù)語。在1963年由生命和科學(xué)新聞雜志以及科學(xué)記者安·尤因（Ann Ewing）在1964年1月18日的“太空中的黑洞”一文中使用，報道了美國俄亥俄州克利夫蘭市舉行的美國科學(xué)促進會的會議。1960年代美國物理學(xué)家羅伯特·迪克（Robert H. Dicke）以臭名昭著的監(jiān)獄“加爾各答黑洞”命名，1967年12月，美國理論物理學(xué)家約翰·阿奇博爾德·惠勒（John Archibald Wheeler）的演講中提出了“黑洞”這一短語，他最著名的是將“黑洞”這個術(shù)語與20世紀(jì)早期已經(jīng)預(yù)測過的引力崩潰的物體聯(lián)系起來，用于創(chuàng)造“量子泡沫”，“中子慢化劑”，“蟲洞”和“它來自鉆頭”等術(shù)語，以及用于假設(shè)“單電子宇宙”。成為第一個正式使用“黑洞”名稱的科學(xué)家。
1970年，英國理論物理學(xué)家斯蒂芬?威廉?霍金（Stephen William Hawking）推測了所謂的黑洞動力學(xué)第二定律，即黑洞的事件視界永遠不會變小。在美國物理學(xué)家詹姆士?麥克斯韋?巴?。?/span>James M. Bardeen）和澳大利亞理論物理學(xué)家布蘭登?卡特（卡特Brandon Carter）的幫助下，他提出了黑洞熱力學(xué)的四個定律。
藝術(shù)家對兩個黑洞合并的描述，這是一個黑洞熱力學(xué)定律的過程。
關(guān)于黑洞，天文學(xué)家在尋找時，以搜素大質(zhì)量黑洞相對于小質(zhì)量黑洞來的方便。在天空背景下，黑洞的點只有0.1到1平方毫米的范圍。天文學(xué)家將黑洞分為大小不同的范圍，一些天文學(xué)家已經(jīng)開始將至少100個億太陽質(zhì)量的黑洞標(biāo)記為超大質(zhì)量黑洞。其中大多數(shù)（如TON 618）與特別有活力的類星體有關(guān)。
如：TON 618是一個非常遙遠且非常明亮的類星體，是一種高光度，寬吸收線，無線電強大的類星體，位于北銀河極點附近的獵犬座，在后發(fā)座邊界處，朗位一（后發(fā)座γ）恒星北面，坐標(biāo)：12小時28分24.9秒，赤緯+31°28′38″，紅移2.219，距離地球104億光年。包含一個已知最大的黑洞，其重量可能是太陽質(zhì)量的660億倍。1957年的一項關(guān)于遠離銀河系的微弱藍色恒星（主要是白矮星）的調(diào)查中首次被注意到，墨西哥普埃布拉州圣安德烈斯喬盧拉的托南茲因特拉（Tonantzintla）天文臺的0.7米施密特望遠鏡拍攝照片上，它看起來“絕對是紫色的”。
類星體中的黑洞大量可以通過間接方法估計，類星體TON 618是具有極大黑洞的天體，質(zhì)量估計為6.6×1010（660億）個太陽質(zhì)量，它的紅移是2.219。其他具有較大估計黑洞質(zhì)量的類星體的例子是高光類星體APM 08279 + 5255，估計質(zhì)量為2.3×1010（230億）個太陽質(zhì)量。類星體S5 0014 + 81，質(zhì)量為4.0×1010（400億）個太陽質(zhì)量，是銀河系中心黑洞質(zhì)量的10,000倍。
TON 618應(yīng)該是一個非常熱的氣體吸積盤，繞著星系中心的一個巨大的黑洞旋轉(zhuǎn)。從地球上看不到周圍的星系，因為類星體本身的光芒使周邊的星系黯然失色。它的絕對亮度為-30.7，亮度為4×1040瓦，或亮度為140,000億個太陽。因此，這個類星體比星系本身更亮，它是宇宙中最輝煌的天體。與其他類星體一樣，TON 618的光譜包含冷氣體排放線，遠遠超過吸積盤。TON 618頻譜中的發(fā)射線異常大，表明后者的氣體傳播速度非?？?；β氫線顯示它以7,000公里/秒的速度移動，這表明中心黑洞必須施加非常大的引力。引力定律揭示了TON 618中黑洞的質(zhì)量為660億個太陽質(zhì)量，這個質(zhì)量的黑洞的史瓦西半徑為1300 天文單位（約1900億公里）。
墨西哥普托南茲因特拉國家天體物理學(xué)觀察站
墨西哥普托南茲因特拉天文臺的0.7米施密特望遠鏡
1970年，在意大利博洛尼亞射電天文學(xué)研究所進行的無線電頻譜調(diào)查發(fā)現(xiàn)了TON 618的無線電波發(fā)射，表明天體確實是一個類星體。然后在德克薩斯州西部杰夫戴維斯縣麥克唐納天文臺獲得了TON 618的光譜，顯示了類星體的典型發(fā)射線。
德克薩斯州西部杰夫戴維斯縣麥克唐納天文臺
德克薩斯州西部杰夫戴維斯縣麥克唐納天文臺的哈倫·史密斯望遠鏡
藝術(shù)家對類星體SDSS J1106 + 1939的巨大流出量的印象圖，SDSS J1106 + 1939類星體，具有高質(zhì)量和高能量輸出的特點。人們發(fā)現(xiàn)，類星體的能量輸出相當(dāng)于總銀河系的100倍。這個類星體是一個超大質(zhì)量黑洞，每年以400個太陽質(zhì)量的速度吸入物質(zhì)，并以8,000 公里/秒的速度噴射。流出產(chǎn)生的光度，使得類星體比太陽更亮2萬億倍，是有史以來最明亮的類星體之一。位于獅子座，西上相（右垣五）（獅子座δ）恒星西南，西上相增一（獅子座60）恒星南面，坐標(biāo)：11小時6分44.9秒，赤緯+19°39′30″。距離地球為110億光年。
亞利桑那州卡茨基爾山脈格雷厄姆山（Mount Graham）的亞毫米波長射電望遠鏡，由亞利桑那大學(xué)管理。
亞利桑那州圖森市的西南的基特峰國家天文臺
墨西哥大型毫米望遠鏡，位于海拔4850米內(nèi)華達火山的頂部。
墨西哥塞丹城（Serdán）和內(nèi)華達山
墨西哥切倫科夫（Cherenkov）天文臺切倫科夫?qū)嶒炇?，是一個伽馬射線和宇宙射線天文臺，位于普埃布拉州海拔4100米內(nèi)華達山（墨西哥第五高峰）的側(cè)翼，墨西哥海拔5,610米（墨西哥最高峰）的奧里薩巴峰山下，靠近韋拉克魯斯州。
奧里薩巴峰山下的切倫科夫?qū)嶒炇?/span>
關(guān)于如何發(fā)現(xiàn)超大質(zhì)量黑洞的故事始于荷蘭天文學(xué)家馬騰·施密特（Maarten Schmidt），在1963年對無線電源3C 273的調(diào)查，最初這被認(rèn)為是一顆恒星，但光譜證明是令人費解的。它被確定為紅移的氫發(fā)射線，表明物體正在遠離地球。哈勃定律表明，物體位于數(shù)十億光年之外，因此必須發(fā)射相當(dāng)于數(shù)百個星系的能量。被稱為準(zhǔn)恒星物體或類星體的光源的光變化率表明發(fā)射區(qū)域的直徑為一個或更小的星系。
3C 273類星體，是在室女座的類星體，位于一個巨大的橢圓星系的中心，東次相（δ）恒星西面，坐標(biāo)：12小時29分6.8秒，赤緯+2°3′7″。在1959年澳大利亞新南威爾士州帕克斯鎮(zhèn)以北20公里處的帕克斯天文臺，西里爾·哈扎德（CyrilHazard）使用射電望遠鏡在月球掩星下被發(fā)現(xiàn)，當(dāng)時尚未明確這個恒星物體到底屬那類天體。1963年加州理工學(xué)院的荷蘭裔美國天文學(xué)家馬騰·施密特和約翰·貝弗利·奧克在“自然”雜志上發(fā)表了一篇文章，發(fā)現(xiàn)在3C 273的光譜中具有與類星體3C 48類似的現(xiàn)象，解釋說3C 273是一個非常遙遠的物體，稱為類星體射電源，從而使3C273成為有史以來第一個被發(fā)現(xiàn)的類星體。距離地球24.36億光年，巨型橢圓星系，它的光需要大約25億年才能到達地球。視星等+ 12.86，在可見光波長下的發(fā)光量比太陽大4.1萬億倍（4 × 1012）。通過它的光線發(fā)射，測量其中心黑洞的質(zhì)量為886±187億個太陽質(zhì)量。
3C 273類星體
3C 273類星體，帶有噴氣尾巴，圖片來自錢德拉X射線天文臺
該圖像是由高能衛(wèi)星天文觀測臺（HEAO）觀測的3C 273類星體。它揭示了一個新的光源（左上角）的存在，紅色移位表明它距離地球約100億光年。類星體是神秘的，明亮的，星狀物體，位于可見宇宙的邊緣。雖然不比我們的太陽系大，但它們散發(fā)出與千個星系一樣多的可見光。類星體也發(fā)射無線電信號，之前被認(rèn)為是X射線源。
3C 273類星體位置
1963年，英國天文學(xué)家弗雷德·霍伊爾爵士（Fred Hoyle）和美國核物理學(xué)家威廉·阿爾弗雷德·福勒（William Alfred Fowler）提出存在氫燃燒超大質(zhì)量恒星（SMS）作為類星體的緊湊尺寸和高能量輸出的解釋。它們的質(zhì)量約為105 – 109太陽質(zhì)量。然而，美國理論物理學(xué)家理查德·菲利普斯·費曼（Richard Phillips Feynman）指出，超過一定臨界質(zhì)量的恒星是動態(tài)不穩(wěn)定的，并且會坍塌成黑洞，至少如果它們是非旋轉(zhuǎn)的。福勒然后提出這些超大質(zhì)量恒星將經(jīng)歷一系列的崩塌和爆炸振蕩，從而解釋能量輸出模式。阿彭策爾（Appenzeller）和弗里克（Fricke）在1972年建立了這種行為的模型，但發(fā)現(xiàn)得到的恒星仍會發(fā)生坍塌，結(jié)論是非旋轉(zhuǎn)的0.75×106個太陽質(zhì)量“通過碳氮氧（CNO）循環(huán)燃燒氫氣，使其坍塌成黑洞。”
美國天體物理學(xué)家埃德溫·歐內(nèi)斯特·薩爾皮特（Edwin E. Salpeter）和蘇聯(lián)物理學(xué)家雅科夫·鮑里索維奇·澤利多維奇（Yakov Borisovich Zeldovich）在1964年提出這個建議，即落入一個大型緊湊物體的問題將解釋類星體的性質(zhì)。它需要大約108個太陽質(zhì)量來匹配這些物體的輸出。英國理論天體物理學(xué)家唐納德·林登·貝爾（Donald Lynden-Bell）在1969年指出，這種氣體會形成一個平坦的圓盤，螺旋形成中央的“史瓦西半徑喉嚨”，就像是一個“甜甜圈”。他是第一個確定星系在其中心包含超大質(zhì)量黑洞的人，并且這種黑洞為類星體提供動力。
與此同時，在1967年，英國射電天文學(xué)家馬丁·賴爾（MartinRyle）和英國物理學(xué)家馬爾科姆·辛·隆蓋爾（MalcolmSim Longair）提出幾乎所有的星系外無線電發(fā)射源都可以通過一個模型來解釋，在這個模型中，粒子以相對論的速度從星系中射出；意思是它們正在接近光速。馬丁·賴爾，馬爾科姆·辛·隆蓋爾和彼得·謝爾（Peter Scheuer）于1973年提出，緊湊的中心核可能是這些相對論性噴射氣云的原始能源。
星系核心大量氣體從超大質(zhì)量黑洞周邊中噴出
西班牙格拉納達省內(nèi)華達山脈天文臺，位于洛馬·德·迪拉爾山（Loma de Dilar）（海拔2896米）
西班牙格拉納達省內(nèi)華達山脈天文臺
西班牙格拉納達省內(nèi)華達山脈天文臺
西班牙格拉納達省內(nèi)華達山脈天文臺
西班牙格拉納達省內(nèi)華達山脈韋萊塔峰天文臺30米毫米波射電望遠鏡，位于內(nèi)華達山脈的迪拉爾山上，海拔2850米。
中國河北省興隆觀測基地的郭守敬望遠鏡
南非北開普省卡魯陣列望遠鏡
新墨西哥州索科羅的甚長基線陣列望遠鏡
加州歐文斯谷的甚長基線陣列望遠鏡
波多黎各阿雷西博天文臺305米射電望遠鏡
美國天體物理學(xué)家亞瑟·邁克爾·沃爾夫（Arthur Michael Wolfe）和杰弗里·伯比奇（GeoffreyBurbidge）在1970年指出，恒星在橢圓星系核區(qū)域的大速度擴散只能通過原子核上的大質(zhì)量濃度來解釋。他們表明這種行為可以解釋為一個巨大的黑洞，高達1010個太陽質(zhì)量，或質(zhì)量低于103個太陽質(zhì)量的大量小黑洞。1978年，活躍的橢圓星系Messier 87（梅西耶87）的核心發(fā)現(xiàn)了一個巨大的暗物體的動態(tài)證據(jù)，最初估計為5×109個太陽質(zhì)量。隨后在其他星系中發(fā)現(xiàn)了類似的行為，包括1984年的仙女座星系和1988年的“草帽星系即M104或NGC 4594”。
草帽星系即M104
英國理論天體物理學(xué)家唐納德·林登·貝爾（Donald Lynden-Bell）和馬丁·約翰·里斯（MartinRees）在1971年假設(shè)銀河系的中心將包含一個巨大的黑洞。1974年2月13日和15日，天文學(xué)家布魯斯·巴里克（Bruce Balick）和羅伯特·布朗（RobertBrown）使用西弗吉尼亞州國家射電天文觀測臺的綠色灘（GreenBank）射電望遠鏡發(fā)現(xiàn)并命名了射手座A *星，他們發(fā)現(xiàn)了一個同步輻射的射電源，由于它的引力，人們發(fā)現(xiàn)它是密集的和不動的。因此，這表明在銀河系中心存在超大質(zhì)量黑洞的第一個跡象。
西弗吉尼亞州國家射電天文觀測臺的綠色灘射電望遠鏡
弗吉尼亞州夏洛蒂鎮(zhèn)的弗吉尼亞大學(xué)校園內(nèi)的國家射電天文觀測臺
夏威夷州冒納凱亞山頂凱克天文臺
哈勃太空望遠鏡于1990年發(fā)射，提供了對星系核進行更精細(xì)觀測所需的分辨率。 1994年，哈勃望遠鏡上的微弱目標(biāo)光譜儀被用來觀測Messier87（梅西耶87），發(fā)現(xiàn)電離氣體以±500 公里 / 秒的速度圍繞核心的中心部分運行。數(shù)據(jù)顯示，（0.25±0.7）×109太陽質(zhì)量的集中位于0.25英寸范圍內(nèi)，提供了超大質(zhì)量黑洞的有力證據(jù)。使用設(shè)在新墨西哥州索科羅的超長基線陣列觀察獵犬座的Messier 106（梅西耶106）星系。于1995年證明這個星系中的H2O脈沖發(fā)射來自核中的氣態(tài)盤，其軌道的集中質(zhì)量為3.6×107太陽質(zhì)量，其半徑限制在0.13秒差距。他們指出，在這個小半徑范圍內(nèi)的一群黑洞，在沒有發(fā)生碰撞的情況下將無法長期存活，使得超大質(zhì)量黑洞成為唯一可行的候選者。
Messier 106星系
Messier 106星系核心處的X射線、無線電和可見光視圖的復(fù)合圖像
智利阿塔卡馬大毫米超長基線陣列射電望遠鏡
智利阿塔卡馬沙漠的拉西拉天文臺
智利北部歐洲南方天文臺的拉斯坎帕納斯天文臺
夏威夷冒納基山天文臺
夏威夷冒納基山加州理工學(xué)院亞毫米天文臺
夏威夷冒納基山雙子座天文臺
夏威夷冒納基山美國宇航局紅外望遠鏡
夏威夷冒納基山三十米望遠鏡
夏威夷冒納基山亞毫米陣列射電望遠鏡
超大質(zhì)量黑洞的起源仍然是一個研究領(lǐng)域，天體物理學(xué)家一致認(rèn)為，一旦在銀河系的中心有一個黑洞，它就可以通過增加物質(zhì)和與其他黑洞合并來增長。然而，對于超大質(zhì)量黑洞的祖先或“種子”的形成機制和初始質(zhì)量，存在若干假設(shè)。
藝術(shù)家對超大質(zhì)量黑洞風(fēng)吞噬恒星的印象
藝術(shù)家對超大質(zhì)量黑洞種子的印象
一個假設(shè)是，種子是數(shù)十或數(shù)百個太陽質(zhì)量的黑洞，它們被大質(zhì)量恒星的爆炸而留下，并通過物質(zhì)的增加而生長。另一個模型假設(shè)在第一顆恒星之前，大的氣體云可能會坍縮成“準(zhǔn)恒星”，而這顆恒星又會坍縮成一個大約20太陽質(zhì)量的黑洞。這些恒星也可能是由暗物質(zhì)暈引起的，它們通過重力和引力吸收大量的氣體，然后產(chǎn)生具有數(shù)萬個太陽質(zhì)量的超大質(zhì)量恒星。由于在其核心中產(chǎn)生電子 - 正電子對，“準(zhǔn)恒星”對徑向擾動變得不穩(wěn)定，并且可能在沒有超新星爆炸的情況下直接坍縮成黑洞（這將導(dǎo)致其大部分質(zhì)量留下，從而防止黑洞快速生長）。如果附近有足夠的質(zhì)量，如果吸積率持續(xù)存在，黑洞可能會成為中等質(zhì)量的黑洞，并可能發(fā)展為超大質(zhì)量黑洞（SMBH）。
藝術(shù)家對超大質(zhì)量黑洞的概念，它被一個吸積盤包圍并發(fā)出相對論性的噴射
另一個模型涉及一個密集的恒星星團正在經(jīng)歷核心坍塌，因為系統(tǒng)的負(fù)熱容量將核心的速度擴散驅(qū)動到相對論速度。最后，在大爆炸后的第一時刻，原始黑洞可能是由外部壓力直接產(chǎn)生的。這些原始黑洞將比任何上述模型有更多的時間來吸積，使它們有足夠的時間達到超大尺寸。從第一顆恒星的死亡中形成的黑洞已經(jīng)被廣泛研究并通過觀察得到證實。上面列出的其他黑洞形成模型是理論上的。
哈勃太空望遠鏡拍攝的超大質(zhì)量黑洞“打嗝”
形成超大質(zhì)量黑洞的困難在于需要有足夠的物質(zhì)且以足夠小的體積。為了實現(xiàn)這一點，這個問題需要非常小的角動量。通常，吸積過程涉及向外輸送大的初始角動量稟賦，這似乎是黑洞增長的限制因素。這是吸積盤理論的一個主要組成部分。氣體吸積是黑洞生長最有效也是最顯著的方式。超大質(zhì)量黑洞的大部分質(zhì)量增長被認(rèn)為是通過快速氣體增生發(fā)生的，可以觀察到活躍的星系核或類星體。觀測表明，當(dāng)宇宙更年輕時，類星體更頻繁，這表明超大質(zhì)量黑洞形成是在宇宙早期生長。超大質(zhì)量黑洞形成理論的一個主要制約因素是遙遠發(fā)光類星體的觀測，這表明當(dāng)宇宙不到10億年時，數(shù)十億太陽質(zhì)量的超大質(zhì)量黑洞已經(jīng)形成。這表明超大質(zhì)量黑洞在宇宙的早期出現(xiàn)，位于第一個大質(zhì)量星系內(nèi)部。
藝術(shù)家對超大質(zhì)量黑洞撕裂一顆恒星的印象。下圖：超大質(zhì)量黑洞吞噬星系中的一顆恒星RX J1242-11 - X射線（左）和光學(xué)（右）。
RX J1242.6-1119A，通?？s寫為RXJ1242-11，是一個橢圓星系，位于室女座，東次將（太微左垣四）（室女座ε）恒星西面，坐標(biāo)：12小時42分36.9秒，赤緯+11°19′35″，距離地球大約6.5億光年。根據(jù)錢德拉 X射線望遠鏡和牛頓X射線望遠鏡的觀測，這個星系的中心是一個有1億個太陽質(zhì)量的超大質(zhì)量黑洞，據(jù)觀察它已經(jīng)完全破壞了一顆恒星（1992年或短期內(nèi)前）。這一發(fā)現(xiàn)被廣泛認(rèn)為是超大質(zhì)量黑洞撕裂恒星并消耗其中一部分的第一個有力證據(jù)。
觀察到的黑洞質(zhì)量分布存在空位，從垂死的恒星中產(chǎn)生的黑洞的質(zhì)量為5-80個太陽質(zhì)量。最小的超大質(zhì)量黑洞大約是十萬個太陽質(zhì)量。這些范圍之間的質(zhì)量標(biāo)度被稱為中質(zhì)量黑洞。這種差距表明形成過程不同。然而，一些模型表明超輕質(zhì)X射線源（ULXs）可能是這個缺失組的黑洞。
然而，超大質(zhì)量黑洞的生長方式有一個上限。所謂的超級大質(zhì)量黑洞（UMBH）至少是大多數(shù)超大質(zhì)量黑洞的十倍，超過100億個太陽質(zhì)量或更多，似乎在理論上限約為500億個太陽質(zhì)量，如此高于此值減緩增長速度（減速趨向于大約100億個太陽質(zhì)量）并導(dǎo)致黑洞周圍不穩(wěn)定的吸積盤聚集成圍繞它旋轉(zhuǎn)的恒星。
少數(shù)消息來源認(rèn)為，在大爆炸之后如此大規(guī)模難以解釋的遙遠超大質(zhì)量黑洞，如ULAS J1342 + 0928，可能證明我們的宇宙是大反彈的結(jié)果，而不是在大爆炸之前形成了這些超大質(zhì)量黑洞。
在2017年12月，天文學(xué)家報道，檢測到ULAS J1342 + 0928是最遙遠的類星體，包含最遙遠的黑洞，報道紅移在z = 7.54。
ULAS J1342 + 0928類星體，是已探測到的最遙遠的類星體，是最遙遠和最古老的已知超大質(zhì)量黑洞，據(jù)報道它的紅移測量值為7.54，距離地球293.6億光年，是已知最遙遠的類星體。ULAS J1342 + 0928類星體位于牧戶座西南端，靠近室女座，天田一（室女座78）恒星北部偏東，東次將（室女座59）恒星東部，坐標(biāo)：13小時42分8.1秒，赤緯+9°28′38.61″。據(jù)報道，相關(guān)的超大質(zhì)量黑洞是“太陽質(zhì)量的8億倍”。
2017年12月6日，天文學(xué)家發(fā)表了他們使用寬場紅外探測探測器（WISE）的數(shù)據(jù)以及來自智利的拉斯坎帕納斯（Las Campanas）歐洲南方天文臺的麥哲倫望遠鏡發(fā)現(xiàn)了這個ULAS J1342 + 0928類星體。之后在亞利桑那州的大型雙筒望遠鏡和夏威夷的北雙子座望遠鏡又進行了觀察。當(dāng)宇宙開始大約只有6.9億年時，類星體的相關(guān)黑洞已存在了，據(jù)目前已知宇宙年齡為138億年。在宇宙大爆炸之后不到6.9億年時，這個類星體發(fā)出的光經(jīng)過131億年后才到達地球，使人們發(fā)現(xiàn)了它。該類星體的光度估計為4×10的13次方的太陽光度。這種能量輸出是由估計為8×10的8次方的太陽質(zhì)量的超大質(zhì)量黑洞產(chǎn)生的。根據(jù)首席天文學(xué)家巴納多斯（Ba?ados）的說法，“這個特殊的類星體非常明亮，它將成為后續(xù)研究的金礦，并將成為研究早期宇宙的重要實驗室?！?/p>
ULAS J1342 + 0928類星體藝術(shù)畫
智利阿塔卡馬大毫米陣列射電望遠鏡
智利拉斯坎帕納斯天文臺的麥哲倫望遠鏡
多普勒效應(yīng)提供了一些黑洞存在的最佳證據(jù)，即來自附近軌道物質(zhì)的光在后退時發(fā)生紅移，在前進時發(fā)生藍移。對于非常接近黑洞的物質(zhì)，軌道速度必須與光速相當(dāng)，因此與前進物質(zhì)相比，后退物質(zhì)看起來非常微弱，這意味著具有固有對稱盤和環(huán)的系統(tǒng)將獲得高度不對稱的視覺外觀。在現(xiàn)代計算機生成的圖像中，基于對我們銀河系中心的人馬座A*星中的超大質(zhì)量黑洞的合理模型，已經(jīng)允許這種效應(yīng)。然而，目前可用的望遠鏡技術(shù)提供的分辨率仍然不足以直接證實這種預(yù)測。
我們附近的仙女座星系（M31或NGC 224），距離地球只有250萬光年，奎宿七（仙女座ν）恒星西側(cè)，坐標(biāo)：0小時42分44.3秒，赤緯+41°16′9″，包含一個（1.1-2.3）×108（110-230百萬）個太陽質(zhì)量的中央黑洞，比銀河系大得多。銀河系附近最大的超大質(zhì)量黑洞似乎是M87的，其質(zhì)量為（6.4±0.5）×109（約64億）個太陽質(zhì)量，距離地球為5350萬光年。后發(fā)座的超巨星橢圓星系NGC 4889，位于周鼎一（后發(fā)座β）恒星西面，坐標(biāo)：13小時0分8.3秒，赤緯+27°58′35″，距離地球3.36億光年，發(fā)現(xiàn)在NGC 4889的中心黑洞的質(zhì)量是銀河系中心黑洞的5,200倍，相當(dāng)于2.1×1010（210億）個太陽質(zhì)量。也使它成為有記錄以來最大規(guī)模的黑洞之一。該巨大黑洞在事件視界的觀測內(nèi)，直徑約為20億至1240億公里，是冥王星軌道直徑的2至12倍。
仙女座星系
NGC 4889星系
星系A(chǔ)PM 08279 + 5255是一個非常遙遠、寬闊的吸收線型類星體，一個橢圓星系，位于天貓座，上臺一（大熊座ι）恒星西北，坐標(biāo)：8小時31分41.7秒，赤緯+52°45′16.8″。1998年被發(fā)現(xiàn)，紅移值z = 3.87，距離地球120億光年。其光度是太陽光度的1014到1015倍。是一個巨大的橢圓星系，核心的是一個巨大的黑洞，質(zhì)量是230億個太陽質(zhì)量，周圍是一個螺旋形物質(zhì)的吸積盤。
類星體的藝術(shù)表現(xiàn)
星系S5 0014 + 81是一個遙遠的，緊湊的，高度發(fā)光的，寬吸收線的類星體，位于北赤道極附近的仙王座，少衛(wèi)增八（仙王座γ）東北，坐標(biāo)：0小時17分8.5秒，赤緯+81°35′8″。距離地球121億光年，光度約為太陽的3×1014（300萬億）倍，類星體的中心黑洞吞噬了極大量的物質(zhì)，相當(dāng)于每年4,000個太陽質(zhì)量的物質(zhì)。2009年，天文學(xué)家用尼爾·格雷爾斯雨燕太空天文臺觀測的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)它的質(zhì)量比我們銀河系中心的黑洞大約10,000倍，相當(dāng)于400億太陽質(zhì)量。這使它成為有史以來發(fā)現(xiàn)的最大質(zhì)量的黑洞之一，是Messier 87黑洞質(zhì)量的六倍多，這個黑洞的半徑為1183.5億公里，直徑為2367億公里，1600個天文單位，或冥王星軌道半徑的40倍左右，質(zhì)量相當(dāng)于四個大麥哲倫云。更值得注意的是，宇宙這么大的黑洞早在宇宙大爆炸后的16億年才存在。這表明超大質(zhì)量黑洞在宇宙早期會很快形成。
APM 08279 + 5255類星體
藝術(shù)家對超大質(zhì)量黑洞的概念吞噬吸積盤中的物質(zhì)，相對論物質(zhì)射流從垂直于盤的黑洞發(fā)出
一些星系，如4C +37.11星系，似乎在它們的中心有兩個超大質(zhì)量黑洞，形成一個二元系統(tǒng)。如果它們發(fā)生碰撞，該事件將產(chǎn)生強烈的引力波。二元超大質(zhì)量黑洞被認(rèn)為是星系合并的常見后果。4C +37.11或星系0402 + 379是一個射電星系和橢圓星系，位于英仙座，卷舌二（英仙座ε）南面，坐標(biāo)：4小時5分49.2秒，赤緯+38°3′32″。具有二元超大質(zhì)量黑洞，兩者之間的距離是24光年，軌道周期為3萬年。這兩個超大質(zhì)量黑洞距地球約7.5億光年，總質(zhì)量約為150億太陽質(zhì)量。
星系OJ 287中的二元星系，距離地球35億光年，位于巨蟹座，鬼宿四（巨蟹座δ）北面，坐標(biāo)：8小時45分48.9秒，赤緯+20°6′31″。包含兩個最大質(zhì)量的黑洞，質(zhì)量為180億個太陽質(zhì)量。它的中心超大質(zhì)量黑洞也是已知最大的黑洞之一，質(zhì)量為180億個太陽質(zhì)量，表明它是兩個相似大小的超大質(zhì)量黑洞。雙爆裂變化被認(rèn)為是由于較小的黑洞每隔12年穿過較大黑洞的吸積盤而產(chǎn)生的。俄亥俄州立大學(xué)的射電望遠鏡從1965年到1971年進行的超星系無線電信號源時發(fā)現(xiàn)的。預(yù)計在大約1萬年內(nèi)會與中心黑洞合并。
OJ287兩個黑洞的運行圖
2011年，在海因茲2-10矮星系中發(fā)現(xiàn)了一個超大質(zhì)量的黑洞。海因茲2-10（Henize 2-10），是一個矮星爆星系，位于羅盤座，天狗六（羅盤座γ）恒星西北面，坐標(biāo)：8小時36分15.0秒，赤緯+26°24′34″。距離地球3400萬光年。據(jù)信這個星系是一個早期的星爆星系。后來在矮星系中心附近發(fā)現(xiàn)了一個黑洞，暗示在大多數(shù)的大型星系中心發(fā)現(xiàn)的黑洞可能是在星系本身之前就形成的。最近估計這個黑洞的質(zhì)量約為3×106太陽質(zhì)量，整個矮星系的質(zhì)量約為1×1010太陽質(zhì)量。
錢德拉望遠鏡（紫色），超大陣列（黃色）以及哈勃望遠鏡（紅色，綠色和藍色）的綜合觀測結(jié)果為天文學(xué)家提供了一個詳細(xì)的新視角，展示了早期宇宙中可能發(fā)生的星系和黑洞形成。海因茲2-10矮星系中心沒有明顯的恒星膨脹，這個星系具有與宇宙非常年輕時相似的屬性，表明黑洞生長可能在凸起的增長之前。
NGC 4194的這張圖片是錢德拉（藍色）的X射線和哈勃（橙色）的光學(xué)數(shù)據(jù)的復(fù)合物，位于星系中心上方的“頭發(fā)”是由星系碰撞形成的潮汐尾巴。
半人馬座南部的星系NGC 3783中心的超大質(zhì)量黑洞的周圍環(huán)境，智利帕拉納山天文臺使用超大望遠鏡干涉儀進行觀測的藝術(shù)圖像。
藝術(shù)家的概念所顯示寶瓶座的星系群阿貝爾2597最亮星系簇周圍凝聚冷分子氣體云，云層凝結(jié)出來的熱，電離氣體充滿了這個星系中星系之間的空間。數(shù)據(jù)顯示，這些云正在星系中下雨，向中心的超大質(zhì)量黑洞傾斜。
藝術(shù)家的概念顯示了一個帶有吸積盤的黑洞，一個繞著黑洞運行的扁平材料結(jié)構(gòu)，以及一股稱為等離子體的熱氣體。在西班牙拉帕爾馬的威廉?赫歇爾天文臺，科學(xué)家們使用美國宇航局太空望遠鏡的快速攝像機，能夠測量噴射中的粒子在“開啟”并成為明亮光源之前所經(jīng)過的距離，該距離稱為“加速區(qū)”。
藝術(shù)家對GRO J1655-40黑洞的印象
恒星生命周期
美國物理學(xué)家和無線電工程師卡爾·古特·揚斯基（Karl Guthe Jansky），被認(rèn)為是射電天文學(xué)之父，于1931年8月發(fā)現(xiàn)無線電信號來自銀河系中心的一個位置，朝著人馬座的方向。1974年2月13日和15日，天文學(xué)家布魯斯·巴里克和羅伯特·布朗使用國家射電天文觀測臺的基線干涉儀發(fā)現(xiàn)了人馬座A*星。人馬座A*星這個名字是布朗在1982年的論文中創(chuàng)造出來的，因為無線電源是“令人興奮的”，激動的原子狀態(tài)用星號表示。
根據(jù)提出的人馬座A*星模型，模擬具有透明環(huán)狀電離環(huán)的黑洞的側(cè)視圖。該圖像顯示了來自黑洞后面的光的彎曲結(jié)果，并且還顯示了由環(huán)中物質(zhì)的極高軌道速度引起的多普勒效應(yīng)引起的不對稱性。
智利阿塔卡馬大毫米超長基線陣列射電望遠鏡（ALMA）觀察人馬座A*星富含分子氫的氣體云
從人馬座A*星檢測異常明亮的X射線耀斑
人馬座A *星中的黑洞被可見光譜中的暗云遮擋，照片顯示了從北半球看到的南方地平線的視圖。
人馬座A*星，是一個明亮而緊湊的天文射電源，萁宿一（人馬座γ）恒星西面，坐標(biāo)：17小時45分40.0409秒，赤緯-29°0′28.118″。位于銀河系中心，靠近人馬座和天蝎座的邊界。質(zhì)量（4.31±0.38）×106太陽質(zhì)量。它是一個更大的天文特征的一部分，被稱為人馬座A*星是一個超大質(zhì)量黑洞的位置，是一個漩渦或橢圓星系。觀察了許多恒星，最著名的是圍繞人馬座A*星旋轉(zhuǎn)的恒星S2，用于顯示銀河系中央超大質(zhì)量黑洞的存在和產(chǎn)生數(shù)據(jù)，并得出人馬座A星的結(jié)論，是那個黑洞的所在地。是由美國天文學(xué)家天文學(xué)家布魯斯·巴里克（Bruce Balick）和羅伯特·布朗（RobertBrown）在國家射電天文臺13和1974年2月15日之間發(fā)現(xiàn)。
2002年10月，由馬克斯普朗克物理研究所萊納·斯喬德（Rainer Sch?del）領(lǐng)導(dǎo)的一個國際團隊報告，觀察了人馬座A *星附近的S2恒星在10年內(nèi)運動的數(shù)據(jù)，表明人馬座A*星可能是一個超大質(zhì)量黑洞。后來的觀測表明，人馬座A *星的質(zhì)量約為太陽質(zhì)量的410萬倍，半徑不大于45 天文單位或6.7億公里。距離地球為26,000光年。無線電和紅外波檢測到來自氣體和塵埃在落入黑洞時加熱到數(shù)百萬度。在監(jiān)測了人馬座A *星周圍的恒星軌道16年后，估計其在4.31±0.38萬倍個太陽質(zhì)量，結(jié)果于2008年公布，并于2009年由賴因哈德·根策爾（? Reinhard Genzel）發(fā)表在天體物理學(xué)雜志，這項研究證明了銀河系中心存在超大質(zhì)量黑洞。
人馬座A *星圖像周圍區(qū)域，這些觀測總共持續(xù)了差不多兩周。這種深刻的觀察讓科學(xué)家們對人馬座A *星附近的超新星遺跡以及在黑洞兩側(cè)延伸十幾光年的熱氣體裂片提供了前所未有的觀點。這些葉片為過去一萬年來多次發(fā)生強烈噴發(fā)提供了證據(jù)。該圖像還包含幾種神秘的X射線細(xì)絲，其中一些可能是巨大的磁性結(jié)構(gòu)，與快速旋轉(zhuǎn)的中子星產(chǎn)生的高能電子流相互作用，已知脈沖風(fēng)狀星云的這些特征。
人馬座A *星和最近爆炸發(fā)出的兩個光線回聲
S2是一顆靠近無線電源人馬座A*星的恒星，坐標(biāo)：17小時45分40.0442秒，赤緯-29°0′27.975″，軌道周期為16.0518年，半長軸約為970 天文單位，一個周期僅比木星圍繞太陽的軌道長約30％，質(zhì)量估算大約為10-15個太陽質(zhì)量。S0-2恒星于1998年首次發(fā)現(xiàn)，它的高度偏心軌道將為天文學(xué)家提供一個測試廣義相對論預(yù)測的各種效應(yīng)甚至是超維效應(yīng)的機會。
2018年中期估計人馬座A*星黑洞的質(zhì)量為431萬太陽質(zhì)量，這使得恒星S2成為最快的已知彈道軌道，達到超過5,000公里/秒（11,000,000英里/小時，或者光速的1/60）和約1.5公里 / 秒的加速度（幾乎是地球表面重力的六分之一）。據(jù)信，有數(shù)千顆恒星，以及分布在S2恒星移動體積中的黑暗恒星殘?。ê阈呛诙?，中子星，白矮星）。這些物體將擾亂S2恒星的軌道，使其逐漸偏離開普勒橢圓，該特征繞著一個單一物體質(zhì)量而運動。到目前為止，這些殘余物的總質(zhì)量不到超大質(zhì)量黑洞質(zhì)量的百分之一。
銀河系中心的形象，對于干涉重力儀觀測，星形IRS16C用作參考星，實際目標(biāo)是S2星。中心的位置是橙色十字架，其中有一個被稱為人馬座A*星（看不見的）黑洞，有四百萬個太陽質(zhì)量。
觀測顯示了關(guān)于銀河系中心的S2星軌道的發(fā)現(xiàn)
藝術(shù)家對S2星在銀河系中心通過超大質(zhì)量黑洞，證實了引力紅移。
銀河系的超大質(zhì)量黑洞周圍的S0-2和S0-102的軌道
2012年，發(fā)現(xiàn)一顆名為S0-102的恒星比S0-2恒星更靠近銀河系的中央超大質(zhì)量黑洞-人馬座A*星，軌道周期為11.5年，甚至比S0-2的軌道周期短。在圍繞黑洞軌道運行的所有恒星中，只有這兩顆恒星的軌道參數(shù)在所有三維空間中都是完全已知的。對于天文學(xué)家來說，發(fā)現(xiàn)兩顆恒星繞著中心黑洞軌道運行非常緊密，這對于天文學(xué)家來說是非常感興趣的，因為它們在一起將允許對引力的性質(zhì)和黑洞周圍的廣義相對性進行更精確的測量。
2012年，使用德克薩斯州麥克唐納天文臺的霍比-埃伯利（Hobby-Eberly）望遠鏡進行的初步觀測，天文學(xué)家報告稱，緊湊型雙凸星系NGC 1277中的黑洞的質(zhì)量大約為170億太陽質(zhì)量，位于英仙座，距離地球2.2億光年遠，大陵五（英仙座β）恒星東面，坐標(biāo)：3小時19分51.4秒，赤緯+41°34′27″，假定的黑洞大約占該透鏡狀星系凸起質(zhì)量的59％，相當(dāng)于占星系總恒星質(zhì)量的14％。另一項研究得出了一個非常不同的結(jié)論：這個黑洞的面積并不是特別大，估計在20到50億太陽質(zhì)量之間，最有可能是50億太陽質(zhì)量。
2013年2月28日，天文學(xué)家對NGC 1365的觀察中，首次準(zhǔn)確報道并測量了超大質(zhì)量黑洞的旋轉(zhuǎn)，NGC 1365星系，是在天爐座東南，距離地球約7500萬光年，天園九（天爐座g）恒星西部，坐標(biāo)：3小時33分36.7秒，赤緯-36°8′27″，中心超大質(zhì)量黑洞大小約為200萬個太陽質(zhì)量，2013年2月報告稱，它快速旋轉(zhuǎn)速度幾乎達到光速。
星系NGC 1277
星系NGC 1365
2014年9月，來自不同X射線望遠鏡的數(shù)據(jù)顯示，極小，密集，超緊湊的矮星系M60-UCD1在其中心擁有一個2000萬個太陽質(zhì)量黑洞，占其總質(zhì)量的10％以上。這個發(fā)現(xiàn)是相當(dāng)令人驚訝的，因為這個黑洞的質(zhì)量是銀河系黑洞的五倍，盡管銀河系的黑洞質(zhì)量不到銀河系質(zhì)量的千分之五。
室女座的M60-UCD1星系，是一個超緊湊的矮星系，東次將（室女座ε）恒星西面，坐標(biāo)：12小時43分35.976秒，赤緯+11°32′0.7″。距地球5400萬光年，接近室女座的Messier 60（梅西耶60）星系，其恒星質(zhì)量的一半位于直徑160光年的中心球體中。M60-UCD1的質(zhì)量是1.4億個太陽質(zhì)量。表明它的恒星群體大約在宇宙形成后的14.5±5億年。由于密集質(zhì)量濃度的引力，最內(nèi)層恒星的軌道速度都超過100 公里/ 秒。星系核包含一個明亮且可變的X射線源，可能是一個超大質(zhì)量黑洞，質(zhì)量為2000萬太陽質(zhì)量（占整個星系質(zhì)量的15％）。由于黑洞的質(zhì)量與整個星系的質(zhì)量比例，它是已知以黑洞為主導(dǎo)的星系之一。大約在100億年前與M60（梅西耶60）相遇時它的質(zhì)量被剝離。它可能還會被M60完全吸收，它的中央黑洞也將與M60合并。星系可能曾經(jīng)擁有大約100億顆恒星。截至2013年，它可能是最密集的已知星系，每立方光年超過一百顆恒星。截至2014年，它也是已知直徑最小且質(zhì)量最小的星系，中心容納黑洞，它也是已知的最大質(zhì)量的超緊湊型星系。
M60-UCD1中藝術(shù)家對超大質(zhì)量黑洞的概念
M60-UCD1星系
M60-UCD1星系位置
M60-UCD1星系，哈勃太空望遠鏡圖像，顯示了巨大的橢圓星系Messier 60（也稱為M60，或NGC 4649）。M60位于室女座，東次將（左垣四）（室女座ε）恒星西部，坐標(biāo)：12小時43分39.8秒，赤緯+11°33′11″，距離地球約5700萬光年，估計有4000億顆恒星，質(zhì)量約為1萬億太陽質(zhì)量，其中近一半是暗物質(zhì)。在插圖中突出顯示的是矮星系M60-UDC1，它繞著巨大的橢圓軌道運行。M60-UCD1位于距離地球大約5000萬光年遠的地方，是一個直徑為300光年的小星系，僅為銀河系直徑的1/500。雖然它的大小非常擁擠，包含大約1.4億顆恒星。M60-UDC1矮人星系實際上可能是在與M 60的近距離相遇中被撕裂的較大星系的殘余物。這方面的證據(jù)來自于最近發(fā)現(xiàn)的一個怪物黑洞，在該圖像中看不到，在矮人星系的中心。黑洞占整個星系質(zhì)量的15％，使得它太大而不能在矮星系內(nèi)形成。
被稱為M60-UCD1的星系位于一個巨大的橢圓星系NGC 4649附近，也稱為M60，M60-UCD1擁有眾多恒星，是一顆“超緊湊的矮星系”。根據(jù)對夏威夷凱克天文臺 10米望遠鏡的觀測，在發(fā)現(xiàn)時，它是同類型中最大質(zhì)量的星系之一，比太陽重2億倍。 值得注意的是，大約一半的質(zhì)量發(fā)現(xiàn)在半徑僅約80光年的范圍內(nèi)。
美國馬薩諸塞州韋斯特福德的海斯塔克天文臺
德國波恩的馬克斯普朗克射電天文臺
西班牙加那利群島拉帕爾馬島加拉菲亞市的穆查丘斯羅克天文臺
南極點斯科特基地的南極望遠鏡
2016年，事件視界望遠鏡對人馬座A*星拍攝了直接無線電圖像，并于2019年4月10日進行了處理和發(fā)布。事件視界望遠鏡利用干涉測量技術(shù)將地球上不同位置的寬闊天文臺拍攝的圖像合并在一起獲得更高的圖像分辨率。希望測量結(jié)果能夠比以前更嚴(yán)格地測試愛因斯坦的相對論。
人馬座A*星，這張照片是美國宇航局錢德拉X射線太空望遠鏡拍攝的。
哈勃太空望遠鏡拍攝的4,400光年長的M87射流，這是由銀河系中心的6.4×109太陽質(zhì)量的超大質(zhì)量黑洞射出的物質(zhì)。
哈勃太空望遠鏡拍攝的4,400光年長的M87射流（藍色）
經(jīng)過幾年的努力，事件視界望遠鏡合作國際天文小組位于西班牙、夏威夷、南極、智利等地的八臺毫米波射電望遠鏡，組成一個全球觀察網(wǎng)，終于拍攝到黑洞的照片。
世界上首次拍到的黑洞照片
事件視界望遠鏡合作國際天文小組（EHT）在2019年4月10日全球同步新聞發(fā)布會上宣布了首次成果。該公告首次展示了黑洞的直接圖像，顯示了Messier 87（梅西耶87）中心的超大質(zhì)量黑洞，暫定為M87星?？茖W(xué)成果發(fā)表在“天體物理學(xué)雜志快報”上發(fā)表的一系列論文中。美國計算機科學(xué)家凱蒂·布曼（Katie Bouman）在該項目上工作了12年，發(fā)布會上，他發(fā)表了一篇關(guān)于M 87中心的超大質(zhì)量黑洞如何使用匯總數(shù)據(jù)拍攝形成圖片的演講。
該圖像為阿爾伯特·愛因斯坦的廣義相對論提供了測試。研究先前通過觀察黑洞邊緣附近的恒星和氣體云的運動來測試廣義相對論。然而，黑洞的圖像使觀測更接近事件視界。相對論預(yù)測由引力彎曲光線而捕獲到的暗陰影狀區(qū)域，其與觀察到的圖像匹配。已發(fā)表的論文指出：“總的來說，觀察到的黑洞旋轉(zhuǎn)陰影圖像符合廣義相對論所預(yù)言的事件成為一致。”
2019年4月10日全球同步新聞發(fā)布會上，EHT董事會成員保羅·何先生說：“一旦我們已經(jīng)確定對黑洞影子進行了成像，我們就可以將我們的觀察結(jié)果與廣泛的計算機模型進行比較，這些計算機模型包括翹曲空間，過熱物質(zhì)和強磁場的物理特性。觀察到的圖像令人驚訝地符合我們的理論理解。包括對黑洞的測量，都充滿信心?！?/span>
2019年4月10日，梅西耶87號星系內(nèi)黑洞的第一張照片發(fā)布，該黑洞被命名為魄衛(wèi)奇“Pōwehi”，在夏威夷語中意為“裝飾黑暗的無盡創(chuàng)造源”。
黑洞圖片給人們帶來了一個表面景觀，黑洞的內(nèi)容遠遠不止這些，里面的秘密到底怎樣，誰也不知道。其中的奧秘還等待著科學(xué)家們?nèi)ラL期的探討和摸索。宇宙之大，無窮無盡，探索宇宙之路也永無之盡。
寫于2019年4月11日
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