人马座A（Sagittarius A\，简称Sgr A\）是银河系中心的超大质量黑洞，距离地球约2.6万光年，质量约430万倍太阳质量。它是距离地球最近的超大质量黑洞，也是唯一可以通过高分辨率观测直接研究其周围环境的超大质量黑洞。与活动星系核中的黑洞不同，人马座A\目前处于“休眠”状态，吸积率极低，辐射微弱——这使它成为研究“宁静”超大质量黑洞的理想实验室。2022年，事件视界望远镜（EHT）发布了人马座A\的首张照片，这是人类第二次直接“看见”黑洞，也是首次看到银河系中心黑洞的阴影。理解人马座A\，就是理解超大质量黑洞的形成、演化，以及它们在星系形成中的作用——因为几乎所有大质量星系中心都存在这样的“黑暗心脏”。
1932年，卡尔·央斯基在贝尔实验室用自制天线研究无线电干扰时，意外发现来自银河系中心的射电辐射。这是人类首次探测到银河系中心的信号，但当时无法精确定位。
1950年代，射电天文学家在银河系中心方向发现了一个强射电源，命名为人马座A（Sagittarius A）。
1974年，布鲁斯·巴里克和罗伯特·布朗用干涉技术将射电信号精确定位，发现了一个极其致密的射电点源——人马座A（Sgr A）。这个“星号”代表它是射电源的核心。
“我们用星号表示这是一个致密的射电点源。当时我们并不知道它是什么——可能是中子星、黑洞，或是某种未知的天体。”——罗伯特·布朗
1980-90年代，人马座A*的性质引发激烈争论。两种主要假说：
| 假说 | 优势 | 劣势 |
|---|---|---|
| 中子星 | 已知存在，可解释射电辐射 | 最大质量约2-3 M☉，无法解释高光度 |
| 黑洞 | 可解释高光度，符合理论预期 | 尚未证实 |
关键证据来自两个方面：
1. 质量测量：通过恒星轨道推断中心天体质量
2. 尺寸限制：射电观测显示辐射区域极小，必须极其致密
1990年代初，莱因哈德·根策尔在德国马普地外物理研究所和安德烈娅·盖兹在加州大学洛杉矶分校，分别领导两个团队，开始用红外望远镜追踪银河系中心恒星的轨道。
他们利用：
经过近20年的观测，他们精确测量了数十颗恒星的轨道，最著名的S2恒星周期仅16年。
S2恒星的轨道：
通过开普勒定律计算，中心天体的质量约为430万倍太阳质量，且集中在小于120 AU的区域内。
“当我们看到S2的完整轨道时，我们知道中心一定有一个极其致密的天体。除了黑洞，没有其他天体能把这么多质量塞进这么小的空间。”——安德烈娅·盖兹
2020年，根策尔和盖兹因“发现银河系中心超大质量致密天体”获得诺贝尔物理学奖（与罗杰·彭罗斯共享）。
“他们的工作提供了最令人信服的证据，证明银河系中心存在一个超大质量黑洞。”
2022年5月12日，事件视界望远镜（EHT）国际合作团队发布了人马座A\*的首张照片——一个明亮的橙色环，中心是黑洞的阴影。
这是人类第二次直接“看见”黑洞（第一次是2019年的M87黑洞）。人马座A\*的照片与广义相对论的预言完全一致。
| 参数 | 数值 | 说明 |
|---|---|---|
| 质量 | 4.297×10⁶ M☉ | 约430万倍太阳质量 |
| 距离 | 约2.6万光年 | 约8,000秒差距 |
| 史瓦西半径 | 约0.08 AU | 约1200万公里 |
| 事件视界半径 | 约0.1 AU | 约1500万公里 |
| 视直径 | 约50微角秒 | 相当于在月球上看一个苹果 |
| 自转参数 | a/M ≈ 0.1-0.9 | 不确定 |
| 光度 | 约10³⁶ erg/s | 太阳的约1000倍（极低） |
| 吸积率 | 约10⁻⁸-10⁻⁷ M☉/年 | 极低 |
| 参数 | 人马座A* | M87* |
| ------ | ---------- | ------ |
| 质量 | 430万 M☉ | 65亿 M☉ |
| 距离 | 2.6万光年 | 5500万光年 |
| 视直径 | 50微角秒 | 40微角秒 |
| 质量差异 | 小1500倍 | 大1500倍 |
| 距离差异 | 近2000倍 | 远2000倍 |
| 视直径相近 | 巧合！ | 巧合！ |
| 吸积状态 | 极低吸积 | 较高吸积 |
| 喷流 | 无（或极弱） | 有显著喷流 |
与活动星系核中的超大质量黑洞（如M87）相比，人马座A极其暗淡：
| 黑洞 | 爱丁顿光度比例 | 状态 |
|---|---|---|
| 活动星系核 | 0.01-1 | 活跃吸积 |
| 人马座A* | 约10⁻⁹ | 极低吸积 |
原因：
热吸积流的特征：
人马座A\*周围有一个极其密集的核星团，包含数百万颗恒星，集中在约1光年范围内。
| 参数 | 数值 |
|---|---|
| 星团半径 | 约1光年 |
| 恒星数量 | 约10⁷颗 |
| 恒星密度 | 太阳附近的约10⁷倍 |
| 最内层 | 约0.01光年内有数十颗恒星 |
S星团：
S2是人马座A\*周围研究最深入的恒星：
| 参数 | 数值 |
|---|---|
| 光谱型 | B0-3 V（大质量主序星） |
| 质量 | 约15 M☉ |
| 轨道周期 | 16.05年 |
| 轨道偏心率 | 0.88 |
| 近日点距离 | 约120 AU |
| 近日点速度 | 约7,500 km/s（2.5%光速） |
广义相对论的检验：
S2的轨道允许检验广义相对论效应：
“S2是我们最好的实验室。每次它经过近日点，我们都能检验广义相对论。到目前为止，爱因斯坦的理论经受住了所有考验。”
近年来，天文学家在Sgr A\*周围发现了一类神秘天体——G天体（G1、G2、G3等）。
G2的发现（2011年）：
G天体可能是恒星与气体混合的天体，它们的起源尚不清楚。
人马座A\*周围有复杂的多尺度气体结构：
| 结构 | 尺度 | 特征 |
|---|---|---|
| 迷你螺旋 | 约0.1光年 | 吸积流的供给 |
| 电离气体 | 约10光年 | 来自周围恒星 |
| 分子环 | 约10光年 | 分子气体聚集 |
| 中央分子区 | 约500光年 | 银河系最大的分子云聚集区 |
迷你螺旋：
人马座A\*的吸积模式是热吸积流（ADAF）：
| 特征 | 数值 |
|---|---|
| 吸积率 | 约10⁻⁸-10⁻⁷ M☉/年 |
| 温度 | 约10¹⁰ K（内区） |
| 密度 | 极低 |
| 辐射效率 | 约1% |
| 射电辐射 | 同步辐射 |
| X射线辐射 | 轫致辐射、逆康普顿散射 |
ADAF的物理：
人马座A\*在射电波段最明亮：
| 特征 | 说明 |
|---|---|
| 谱指数 | 平坦（低频）到陡峭（高频） |
| 偏振 | 高度偏振 |
| 变异性 | 时标从几分钟到几小时 |
| 辐射机制 | 同步辐射（相对论电子在磁场中辐射） |
射电耀发：
人马座A\*在X射线波段极暗（与射电相比）：
| 特征 | 说明 |
|---|---|
| 宁静态光度 | 约10³³ erg/s（极低） |
| 耀发 | 每天几次，亮度增加几十倍 |
| 辐射机制 | 轫致辐射、逆康普顿散射 |
X射线耀发可能与射电耀发有关，但关联复杂。
近红外波段观测到Sgr A*的微弱辐射和耀发：
2022年，EHT发布了人马座A\*的首张照片：
| 观测参数 | 数值 |
|---|---|
| 观测波段 | 1.3毫米 |
| 角分辨率 | 约20微角秒 |
| 环直径 | 约50微角秒 |
| 环宽度 | 约10微角秒 |
| 不对称性 | 南侧稍亮（多普勒增亮） |
照片的意义：
“我们看到了人马座A*的影子。这是银河系中心黑洞的直接图像。爱因斯坦的广义相对论又一次通过了检验。”——EHT项目科学家
人马座A\*现在很宁静，但过去可能活跃过：
| 证据 | 说明 |
|---|---|
| 费米气泡 | 银河系上下两个巨型伽马射线气泡，可能是过去活动的遗迹 |
| X射线回波 | 银河系中心的X射线回波，表明数百年前有过爆发 |
| 分子云电离 | 周围分子云被电离，可能是过去辐射造成的 |
费米气泡：
人马座A\*的未来可能变得活跃：
| 事件 | 时间尺度 | 后果 |
|---|---|---|
| 气体云吸积 | 数百万年 | 微弱耀发 |
| 恒星被撕裂 | 数十万-数百万年 | 潮汐撕裂事件（TDE），短暂活跃 |
| 卫星星系并合 | 数十亿年 | 大量气体供应，可能成为活动星系核 |
可能成为活动星系核：
约40亿年后，银河系与仙女座星系（M31）将碰撞并合：
| 波段 | 观测内容 | 设备 |
|---|---|---|
| 射电 | 致密源、吸积流 | VLA、ALMA、VLBA |
| 毫米波 | 事件视界 | ALMA、SMA、EHT |
| 红外 | 恒星轨道、耀发 | Keck、VLT、GRAVITY |
| X射线 | 吸积流、耀发 | Chandra、XMM-Newton、NuSTAR |
| 伽马射线 | 费米气泡 | Fermi |
| 设备 | 类型 | 贡献 |
| ------ | ------ | ------ |
| VLT | 光学/红外 | S2等恒星轨道，GRAVITY干涉仪 |
| Keck | 光学/红外 | S2等恒星轨道 |
| Chandra | X射线 | Sgr A*的X射线耀发 |
| ALMA | 毫米波 | Sgr A*的高分辨率观测，EHT成员 |
| 事件视界望远镜 | 毫米波VLBI | 黑洞照片 |
GRAVITY是VLT的光学干涉仪，将四台8米望远镜的光束合在一起，获得极高分辨率：
EHT是一个全球毫米波望远镜阵列，通过VLBI技术获得黑洞分辨率：
| 参数 | 数值 |
|---|---|
| 有效口径 | 地球大小 |
| 角分辨率 | 约20微角秒 |
| 成员望远镜 | ALMA、APEX、IRAM、SMA、SPT等 |
| 观测波段 | 1.3毫米（230 GHz） |
| 数据量 | 每晚约3.5 PB |
人马座A\*的自转参数a/M是多少？目前的约束在0.1-0.9之间。自转影响事件视界的形状和吸积流的性质。如何精确测量？
气体从哪里来？是来自周围恒星的星风，还是来自更远处的分子云？迷你螺旋的结构如何维持？
射电、近红外、X射线耀发的关联是什么？是磁重联、激波加速，还是其他机制？
G天体是恒星、气体云，还是双星并合的产物？它们与Sgr A\*的关系是什么？
人马座A\*何时活跃过？费米气泡是它产生的吗？还有没有更早的活跃期？