【深度認識】人馬座 A*——銀河系中心的超級黑洞

你可曾想像過——我們所屬的銀河系中心，正隱藏著一顆巨大、神秘的天體？這個天體，就是人馬座A*（Sagittarius A*，簡稱Sgr A*）。如今，科學家已經證實它是一個超級黑洞（supermassive black hole），而且它的「分量」可不是我們熟悉的太陽能比得上的。

人馬座A*在哪裏？距離有多遠？

無論有無受到光污染影響，我們根本不可能用肉眼看見人馬座A*，實際上位於銀河系中心的它，正好在我們銀河盤面最密集的一點。它距離地球約2.6萬光年（更精確數字為25,640±16光年），如此遙遠，相當於光要走超過25,000年才到達！這個距離，比太陽到地球的距離（1個天文單位，約1.5億公里）要遠上千億倍。

何謂超級黑洞？人馬座A*的質量與體積

人馬座A* 最具代表性的特點是：它是一個「超級黑洞」。簡單來說，黑洞（black hole）是宇宙中極端致密的天體，連光都難以逃脫。而所謂「超級」，是指它的質量極高。

據2022年Event Horizon Telescope（事件視界望遠鏡，EHT）得出的最新數據，人馬座A*的質量大約是太陽的430萬倍（4.154±0.014百萬太陽質量）。換句話說，如果地球上的所有「重量」都加起來，連地球和太陽合起來，仍然遠遠不及這個黑洞的分量。

體積方面，黑洞的核心被稱為「事件視界（event horizon）」，這可理解為一個『極限邊界』：進去就無法逃脫。Sgr A*的事件視界半徑大約是1,270萬公里；與地球直徑約12,742公里相比，這個範圍大了近1,000倍，但和太陽直徑（約140萬公里）比，是約9倍左右。儘管如此，在銀河系中心，相等於一粒微塵的空間裡，卻蘊藏著430萬顆太陽的質量，這種『濃縮』，一般人難以想像。

組成成分與溫度——黑洞周圍的極端世界

嚴格來說，黑洞內部其實沒有傳統意義上的「成分」；所蘊含的所有物質都被壓縮成一個密度極高的奇異點（singularity）。我們能夠直接觀察的是它附近的「吸積盤」（accretion disk）。這個吸積盤是殘餘恆星物質、氣體和塵埃，因為黑洞強大重力吸引而形成的高速旋轉光環。

這裏的溫度極高，根據模擬與觀測，吸積盤的溫度可高達幾億甚至十億度（K）。相比之下，太陽表面溫度約6,000度K，中心溫度約1,500萬度K。這表示Sgr A*附近的世界，是太陽中心的千倍、萬倍以上，令人咋舌。

自轉、公轉與生命週期

黑洞的自轉（spin）是一個十分專業而複雜的話題。人馬座A*的自轉數據仍在持續研究中，根據最新資料，它可能以極高速度自轉（接近光速的相當部分）。不過，由於事件視界本身不能發光，這些特徵目前主要依賴對周圍輻射的物理模型推算。

至於公轉，人馬座A* 是銀河系的重心，理論上所有銀河系內的恆星，包括太陽，都在以極長的週期圍繞著它運行。太陽繞銀河系中心一圈需要約2.3億年（這是『銀河年』）。這個速度其實很快，每秒大約220公里（約等於香港搭地鐵從中環到迪士尼10秒內走完），但銀河系太大，所以整個過程極為漫長。

人馬座A* 的發現與觀測歷史

人馬座A* 的名稱來自於它在天球人馬座（Sagittarius）的位置。最初在1931年，天文學家卡爾·楊斯基（Karl Jansky）用自製的無線電天線，測得來自銀河中心方向的強無線電信號，是人類第一次間接發現這個神秘天體。

到1974年，布魯斯·巴斯（Bruce Balick）和布魯斯·阿爾格斯特（Robert Brown）等人，利用美國阿雷西博望遠鏡，真正定名了 Sagittarius A*，並認為它是銀河中心的一個致密電波源。直到90年代，科學家透過觀察靠近Sgr A* 與其『公轉』的恆星（如S2星），更加確認只有超級黑洞才能造成如此極端的重力效應。

到了2019年，EHT計劃首次拍攝到M87星系的黑洞影像後，2022年同樣的方法發表了人馬座A*的事件視界影像——這個劃時代的成果，讓我們第一次『看見』銀河系核心黑洞的陰影。

人馬座A* 與太陽、地球的有趣比較

許多人會問：這個巨獸與太陽、地球有什麼分別？

質量： Sgr A* 質量約4,300,000個太陽，地球甚至約332,946分之一個太陽。
體積： 雖然 Sgr A* 的事件視界半徑比太陽大得多，但如果與黑洞質量相比，『密度』高到不可思議。
距離： 太陽只距離我們約8.3光分鐘，Sgr A* 則超過25,000光年。
溫度： 太陽表面6,000度K，Sgr A*的吸積盤數億度K，完全不是一個量級。

整個銀河系都像一個巨大的舞臺，太陽和地球只是其中微不足道的舞者，而Sgr A*則是台下那位『看不見但改變一切的指揮家』。

我們與黑洞的連結——生活化的理解

雖然人馬座A* 在銀河系的遙遠中央，但對我們日常生活的意義卻很大。過去銀河系能否凝聚、恆星如何分布、甚至太陽和地球能否存在，都與它的重力密切相關。

想像一下，如果將Sgr A*換成一粒砂糖的大小，但維持現有質量，那麼地球在黑洞萬有引力作用下，將會像一條被吸管吸住的水珠，「啪」一聲掉進去！幸好，我們距離它太遠了，地球和太陽周圍也是相對穩定。

日常生活中，我們看不到也摸不到這個超級黑洞，但事實上，我們的太陽系正在以每秒220公里的速度，安靜地圍繞著它行進，既遙遠又緊密。

銀河中心黑洞的新研究——EHT與重力波的未來

現時，人馬座A*是全球天文界的研究熱點。2022年EHT公佈了它的第一張『照片』，證明廣義相對論在極端重力下依然適用。同時，科學家正嘗試通過監測恆星運動、觀察吸積盤的飛快變化、甚至尋找中微子（neutrino）與重力波（gravitational waves）等天文『信使』，來揭露Sgr A*更深層的秘密。

未來，這些研究可能幫我們理解：宇宙起源與結構是怎樣？黑洞的信息到底會否流失？真有機會揭開時空的最終面紗。