銀河系中心存在著超大質量黑洞。（圖／fatcat11繪）
我們的銀河系中心區域是個活躍的場所，除了濃密的分子雲與星團聚集之外，還居住了一個約有四百萬個太陽質量的黑洞。這個超大質量黑洞經由重力對周圍的影響範圍（sphere of influence）約是黑洞本身大小的百萬倍，黑洞能在這區域中用重力束縛物體的運動，並能影響經過這區域的物體。天文物理學家就是根據僅有黑洞才能造成的特殊效應，推論出銀河系中心有個超大質量黑洞。天文學家發現，幾乎每個星系的中央都存在著超大質量黑洞（具有數百萬到數十億個太陽質量），而我們銀河系中心的黑洞是離我們最近的超大質量黑洞（註1
放眼望去，離地球約2萬6000光年的銀河系黑洞所能造成的影響範圍在天空中約是一個角秒（1角秒 = 1/3600角度）。從以下圖1來看¹
圖1：恆星們繞行銀河系中心的軌跡顯示出銀河系中心有個超大質量黑洞。其中S0-2在最接近銀河系中心時僅僅只有17光時（光走一小時的距離）。此圖大小為1角秒x 1角秒，為2020年諾貝爾物理獎得主Prof. Andrea Ghez率領的研究團隊在紅外線波段的長期觀測成果。（圖／參考資料1）
黑洞是個非常緻密的天體，根據廣義相對論，其所有的質量都聚集在一個體積幾乎為零的小空間內。這個奇怪的時空結構稱為黑洞的奇異點（singularity）。數學物理學家Roger Penrose在1960年代證明質量極大的天體在歷經重力坍縮時，奇異點的產生是不能避免的，也因此榮獲2020年諾貝爾物理獎（占1/2）的殊榮。奇異點的外部被一個稱為事件視界（event horizon）的時空結構所包圍，在事件視界內，即使是試著向外逃逸的光也只能因爲黑洞造成的時空彎曲而朝向奇異點前進，因此我們對黑洞的所有觀測資訊都止步於事件視界外部。
儘管如此，在事件視界外部，我們可以藉由圍繞著黑洞的高溫高速旋轉氣體所發出的電磁輻射，得知許多黑洞周圍環境的資訊。天文學家認為位於人馬座（Sagittarius）的無線電波源Sagittarius A*（簡稱Sgr A*），就是我們銀河系中心的黑洞。這些環繞黑洞旋轉的氣體，最終藉由逐漸損失角動量（也就是越轉越慢）而掉入黑洞，稱為黑洞的吸積（accretion）過程。過程中被吸積氣體能釋放出可觀的輻射能量。當被吸積氣體足夠多的時候，質量越大的黑洞越有能力製造越多的輻射。觀測發現Sgr A*所發出的輻射能量遠小於同樣質量的黑洞所能製造的能量，說明了銀河系中心黑洞的吸積流（accretion flow）並不多，而此黑洞吸積系統處於低吸積率（low accretion rate）的狀態。
VIDEO
▲歐洲南方天文台發佈關於無線電波源Sagittarius A*的視覺化影片。
Sgr A*的觀測光譜如圖2所示²
圖2：銀河系中心超大質量黑洞Sgr A*的觀測數據。黑洞的吸積流理論（線條部分）能大致符合Sgr A*的光譜特性。當逐漸提高在無線電波段觀測頻率時（如光譜上標示的(a)-(e)所示），因為吸積流的輻射機制而能觀測到越來越靠近銀河系中心超大質量黑洞的區域（如左方及上方電波觀測分析後的影像所示）。預計觀測波長約在1mm時，將有機會觀測到來自黑洞事件視界周圍的輻射，可以進一步分析推論出真實的黑洞影像，如右上方的黑洞影像模擬圖所示。左方及上方圖中的比例尺單位為mas＝10⁻³角秒、μas=10⁻⁶角秒。（圖／參考資料2）
圖2中，吸積流中高速電子繞著磁場運動產生的同步輻射（synchrotron emission，接近光速的帶電粒子在電磁場中偏轉時，沿運動的切線方向發出的電磁輻射）是在無線電波段主要的輻射來源。當天文學家在無線電波段試著觀測銀河系中心黑洞的吸積流結構時，隨著觀測頻率的不同，吸積流也有不同的不透明度（opacity）。隨著觀測頻率增加，這些吸積流越顯透明，因而能觀測到更接近銀河系中心黑洞的區域，且Sgr A*的尺寸顯得更小（見圖2(a)-(e)）。
註1
參考資料
2 These images are from Broderick et al. (2016), The Astrophysical Journal, 820: 137; Lo et al. (1999), The Central Parsecs of the Galaxy ASP Series, Vol. 186; Yuan et al. (2003), The Astrophysical Journal, 598:301.
銀河系中心存在著超大質量黑洞。（圖／fatcat11繪）
圖1：恆星們繞行銀河系中心的軌跡顯示出銀河系中心有個超大質量黑洞。其中S0-2在最接近銀河系中心時僅僅只有17光時（光走一小時的距離）。此圖大小為1角秒x 1角秒，為2020年諾貝爾物理獎得主Prof. Andrea Ghez率領的研究團隊在紅外線波段的長期觀測成果。（圖／參考資料1）
圖2：銀河系中心超大質量黑洞Sgr A*的觀測數據。黑洞的吸積流理論（線條部分）能大致符合Sgr A*的光譜特性。當逐漸提高在無線電波段觀測頻率時（如光譜上標示的(a)-(e)所示），因為吸積流的輻射機制而能觀測到越來越靠近銀河系中心超大質量黑洞的區域（如左方及上方電波觀測分析後的影像所示）。預計觀測波長約在1mm時，將有機會觀測到來自黑洞事件視界周圍的輻射，可以進一步分析推論出真實的黑洞影像，如右上方的黑洞影像模擬圖所示。左方及上方圖中的比例尺單位為mas＝10⁻³角秒、μas=10⁻⁶角秒。（圖／參考資料2）
姓名標示─非商業性─禁止改作