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•天文學家發現銀河系中心存在一個約430萬倍太陽質量的超大質量黑洞——人馬座A星，物理學家也隨之驗證它的存在。
•黑洞的形成與星系演化密切相關，目前科學家認為黑洞是透過氣體吸積而成長，星系合併則是黑洞成長的主要途徑。
•中央研究院天文所主導的研究團隊發現，動態摩擦力效應可解釋大黑洞快速成長的現象，高密度分子雲是其中的主要關鍵。

 
或許你曾在遠離城市光害的山區仰望星空，專注於繁星的美景。當你仔細觀察，若發現銀河系盤面上有一條帶狀、微微發光的區域，那就是銀河。更精確地說，那是銀河系的盤面位置。如果你把目光投向人馬座A星（Sagittarius A*, Sgr A*）的方向，那裡則是銀河系中心的位置。
 
從數十年前起，天文學家們就開始對天空中的這個區域展開一系列研究。他們除了發現這裡充滿不尋常的恆星和氣體運動外，還探測到一個強烈的無線電波發射源。他們推測，這個無線電波的發射源自於一個超大質量黑洞（遠大於100萬倍太陽質量，簡稱大黑洞）的吸積盤與噴流。
 

驚見大黑洞

根據克卜勒運動定律（Kepler's law），如果銀河系中心存在一個大黑洞，那它顯然會極大地影響附近恆星的軌道和周圍氣體的運動，這些影響也會被天文學家觀測。為了準確測量銀河系中心大黑洞的質量，天文學家必須仰賴測量恆星運動速度和逐步重建運行軌道的方法。自1992年以來，由德國天文物理學家根策（Reinhard Genzel）領導的研究團隊在智利阿塔卡馬沙漠（Atacama Desert）的歐洲南方天文臺甚極大望遠鏡（European Southern Observatory's Very Large Telescope）上觀測；美國天文學家蓋茲（Andrea Ghez）領導的團隊則從1995年開始在夏威夷的凱克天文臺（W. M. Keck Observatory）觀測。
 
經過這兩個獨立團隊的確認，銀河系中心的巨大質量近似於一個質點，而非散布開來的星團。兩個團隊的結果都支持銀河系中央存在一個質量約200萬～300萬倍太陽質量的黑洞（延伸閱讀1）。最近，事件視界望遠鏡（Event Horizon Telescope, EHT）更直接拍攝到了銀河系中心的黑洞影像（圖一），直接證實了大黑洞的存在。

物理驗證黑洞的存在

在愛因斯坦（Albert Einstein）發表廣義相對論後不久，德國物理學家史瓦茲（Schwarzschild metric）就找到了愛因斯坦方程式的一組解，其中包含一個臨界的半徑，被稱為史瓦茲半徑，並且隱含著奇異點（singularity）。到了1939年，美國物理學家歐本海默（Julius Oppenheimer）與哈史奈德（Hartland Snyder）注意到史瓦茲半徑的物理意義，並提出在這個半徑內有一個阻止輻射逃逸的機制，形成了一個與外界「失聯」的區域，即事件視界（event horizon）⸺這就是黑洞的概念最早的由來。然而早期的研究存在過多理想化的假設，黑洞理論僅考慮球對稱或接近對稱的特例，無法給出普遍形式的結論，因此許多學者對此概念提出質疑。
 
直到1965年，英國數學物理學家潘洛斯（Roger Penrose）發表一篇論文，成功地只利用能量非負的假設就證明奇異點的存在，為黑洞理論奠定了堅實的物理與數學基礎，也為後來的黑洞觀測鋪路。2020年，諾貝爾物理學獎將一半頒給了潘洛斯，表揚他「發現黑洞形成是廣義相對論的理論預測」；另一半由根策和蓋茲平分，因為他們「發現本銀河系中心的超大質量緻密天體」。
 

天體黑洞如何誕生？

天體黑洞的形成理論上相對直觀，若將大質量的物質壓縮至一極小空間，使空間的重力場強到連物質以光速都無法逃脫，就能自然形成黑洞。然而，在實驗室製造一個黑洞卻極其困難，因為原子內的電磁力和強作用力使得這種極端條件難以達成。……【更多內容請閱讀科學月刊第653期】