銀河系中心為1200億太陽的“超級大質量黑洞體”

翁志遠

中國人民大學信息學院

銀河系中心為1200億太陽的“超級大質量黑洞體”

翁志遠

中國人民大學信息學院

茫茫宇宙中銀河系是一個完全獨立的星系，仙女座星系M31是距離銀河系最近的大星系，距銀河系約250萬光年。浩瀚宇宙依據星體質量排序稱霸,太陽系主角是位居中心的太陽，擁有99.86%太陽系質量成為“太陽系主宰”。銀河系側看像一個中心略鼓的大圓盤，擁有1000～4000億恒星，如同太陽系被超級放大。所有恒星長期的圍繞一個中心質點運轉，與地球火星、木星土星、天王星海王星長期圍繞太陽運轉大體相同。經科學計算，銀河系中心點的黑洞質量達到1000～1200億太陽，此超級大質量黑洞的“視界線”達到2688～3226億公里,約50倍太陽到冥王星距離。該超級大質量黑洞星體猶如我們太陽系中的太陽,統治著整個的銀河系及空間范圍，成為“銀河系的主宰”。

銀河系；銀河系中心；黑洞；超級大質量黑洞；視界線

引言：

月球遇到地球便順從的圍繞地球運轉；地球遇到太陽又“聽話地”圍繞太陽運轉；即使太陽系內再添加100個、甚至1000個地球,也都要“服從”太陽并以太陽為中心圍繞其運轉。銀河系有1000～4000億恒星,包括幾十倍、幾百倍太陽質量的超新星,也都非常“順從地”成為銀河系中心點黑洞體的“子民”。在浩瀚的宇宙中,根據星體質量及其引力進行“排序稱霸”，太陽擁有99.86%太陽系質量成為“太陽系主宰”；銀河系相當于太陽系的超級放大,由此可想而知,能統治銀河系并且盤踞銀河系中心的“黑洞體”,其質量應該非常的巨大。

1、有關銀河系和黑洞介紹

1.1 銀心：星系的中心凸出部分，是一個很亮的球狀，直徑約兩萬光年，厚約一萬光年。這個區域由高密度的恒星組成，很多證據表明，在中心區域存在著一個超級巨大的黑洞，星系核的活動十分劇烈。核球的中心部分是銀核，它發出很強的射電、紅外、X射線和γ射線，其性質尚不清楚。但是由于目前對大質量的黑洞還沒有結論性的證據，所以天文學家們謹慎地避免用結論性的語言提到大質量黑洞和超級大質量黑洞。

1.2 銀暈：銀河暈輪彌散在銀盤周圍的一個球形區域內，銀暈直徑約10萬光年。這里恒星的密度很低，分布著一些由老年恒星組成的球狀星團。銀河系是一個Sb或Sc型旋渦星系，擁有1000～4000億顆恒星，為本星系群中除仙女星系外最大的巨星系。

1.3 仙女座星系（Andromeda Galaxy也稱為梅西爾31）：星表編號為M31和NGC224，是一個螺旋星系，距地球約250萬光年，是銀河系除麥哲倫云（銀河系的伴星系）以外最近的星系。仙女座星系被相信是本星系群中最大的星系，直徑約20萬光年，外表頗似銀河系。本星系群的成員有仙女星系、銀河系、三角座星系，還有大約50個小星系；史匹哲太空望遠鏡最近的觀測顯示，仙女座星系有近1～2萬億顆恒星，數量遠比銀河系多。

1.4 黑洞：是一種引力極強的天體，就連光都不能逃脫其引力。當星體的史瓦西半徑小到一定程度時，連垂直表面發射的光都無法逃逸，因此成為黑洞。黑洞還存在一個邊界，稱作事件視界，它和剛好不能從黑洞逃逸的光線的軌跡相重合。視界線（event horizon）：天文學術語，指黑洞的邊界，在此邊界以內的光,無法逃離。

2、理論及方法分析

2.1 銀河系相當于一個規模龐大的太陽系，宇宙中是一個完全獨立的星系，外星系與銀河系相距遙遠，仙女座星系M31是距銀河系最近的大星系（約250萬光年）。萬有引力與它們的質量成正比，再與它們兩者距離的平方成反比。由于外星系與銀河系相距達250萬光年以上，將250萬光年被折算成公里和米,再進行平方計算和反比計算，最后的數據結果將非常的微小，完全可以忽略不計。

2.2 銀河系擁有1000億～4000億恒星，與我們太陽系情況一樣，銀河系（及河外星系）所有的星體能夠聚集到一起，完全是依靠它們質量產生的萬有引力。銀河系中所有的恒星，都是圍繞一個相同的中心點運轉；如同太陽系中所有行星、彗星圍繞太陽運轉一樣。如果銀河系中心點不存在超級質量星體吸引，其外部和邊沿的恒星高速圓周運動，產生的巨大離心力，這些恒星都將全部被離心和甩飛。

2.3 太陽占太陽系總質量的99.86%；產生的引力籠罩整個太陽系，成為太陽系的“主宰”。與太陽系情況一樣，銀河系中心點也應該有一個超級大質量星體，才能夠吸引和控制1000～4000億恒星不被離心。經科學計算，銀河系中心點星體的質量達到1000～1200億太陽。與太陽統治太陽系一樣，只有銀河系中心點質量達到1000億太陽質量以上，才能夠有資格,統治和控制銀河系1000～4000億顆恒星(包括質量達到幾十倍、幾百倍太陽的超新星)不被圓周運動離心甩飛。

2.4 如果說星體質量達到3.8倍太陽就能夠形成小質量黑洞，星體質量達到1000億～1200億太陽，吸引光線和形成黑洞應該是一個必然結果。經過科學計算，銀河系中心的黑洞“視界線”達到2688～3226億公里（約0.03光年）,相當于50倍太陽到冥王星距離。浩瀚宇宙擁有1000～2000億星系，距離銀河系最近的仙女座星系有1～2萬億顆恒星，其恒星數量遠比銀河系多。外星系與銀河系情況基本相同，因此其他星系的中心點,也應該同樣存在有“超級大質量黑洞”。

3、詳細計算過程

3.1 排除外界對銀河系的引力影響：銀河系在宇宙中是一個完全獨立的星系，其他星系與銀河系距離遙遠，仙女座星系M31是距離我們銀河系最近的大星系（約250萬光年）。萬有引力與它們的質量乘積成正比，與它們距離的平方成反比。外星系與銀河系的距離達到（甚至超過）250萬光年，我們把250萬光年折算成公里和“米”，再進行平方計算和反比計算，引力數據將極其微小，可忽略不計。

3.2 排除銀河系內部恒星對太陽的影響：在銀河系內部，距我們太陽最近的恒星是比鄰星，兩顆恒星質量基本相同,但相距卻達到40萬億公里，雖說是比鄰卻也遠在天涯。因此，我們太陽受比鄰星引力控制的可能性也幾乎為零。

3.3 銀河系中心點“星體”與“太陽”,建立簡單的兩點關系：通過以上的數據顯示，外星系與銀河系間距在250萬光年以上，因此外星系對銀河系（對我們太陽）的引力作用完全可以被忽略掉。銀河系內部：恒星間距達到40萬億公里以上，它們的質量基本上相同，40萬億公里折算成米，再進行平方和反比計算，數據將非常小，所以太陽不受比鄰星控制。由此可以看出，太陽僅受銀河系中心“黑洞星體”控制，可以把銀河系中心的（黑洞）星體當成一個“質點”，再把太陽當成另外一個“質點”，采用簡單的兩個“質點”引力公式進行計算。

3.4 參考數據（來源自“維基百科”）：

太陽與銀河系中心為2.5×10^20米；

太陽質量為2.0×10^30千克；

太陽環銀河系中心圓周運動的軌道速度220公里∕秒（需折算成為m∕秒）；

引力常數G＝6.67×10^-11；

向心力公式：F向=mv^2∕R，經計算銀河系中心星體對太陽的引力：F向＝mv^2∕R=2.0*10^16*220^2∕2.5（簡化）＝3.872*10^20牛頓；

再采用萬有引力公式：F＝GmM∕r^2；計算另外“質點”的質量。銀河系中心點的“星體質量”M＝Fr^2∕Gm=3.872*2.5^2*10^60∕6.67*2.0*10^19（簡化）＝1.814×10^41千克（或1.814×10^38噸）；相比后約為太陽質量的1000億倍。因此得出：銀河系中心星體（黑洞體）的質量約為1000億太陽質量；

如果按照太陽繞銀心圓周運動的軌道速度250公里∕秒計算（數據來源“百度百科”、“360百科”、“互動百科”、“搜狗百科”等）：F向＝mv^2∕R=2.0*10^16*250^2∕2.5（簡化）＝5.0*10^20牛頓(N）；采用萬有引力公式F＝GmM∕r^2計算另外一個質點的質量，得到銀河系中心點的“黑洞星體質量”M＝Fr^2∕Gm=2.3426×10^41千克（或2.3426×10^38噸）；再與太陽質量相比，得出：銀河系中心點黑洞星體的質量約為1200億太陽質量；

據斯隆數字巡天(簡稱SDSS)報道：中國科學院國家天文臺與德國馬普天文所(Max-Planck-Institute for Astronomy)的天文學家合作，首次利用SDSS-II的大樣本暈星數據精確定出銀河系的中心質量約為1千億個太陽質量。如果3.8倍太陽質量能夠成為黑洞，那么質量達到1000億～1200億太陽，完全的有資格稱之為“超級大質量黑洞”。

3.5 黑洞“視界線數據”的計算：史瓦西半徑：Rs＝2GM∕c^2（G為萬有引力常數，M為天體的質量，c為光速）。黑洞星體質量M＝1.814×10^41千克（1000億太陽）；光速c＝3×10^8米；引力常數G＝6.67×10^-11；計算結果：視界線Rs＝2.688×10^14米（約2688億公里）,折算成光年約0.028光年。按照黑洞星體的質量M＝2.3426× 10^41千克（1200億太陽）；視界線Rs＝2GM∕c^2＝3.226×10^14米（約3226億公里），折算約0.034光年；為方便記憶均取0.03光年。

4、結論：

4.1 觀測得到的很多其他證據也充分的表明，在銀河系中心區域存在著一個大質量黑洞，星系核的活動十分劇烈。銀核區域發出很強的射電、紅外、X射線和γ射線；性質尚不清楚(備注：這是黑洞現象的一個必然結果，本人不才,完全能夠對此問題做出合理解答)。極有可能包含一個大質量黑洞，但是由于目前對大質量黑洞還沒有結論性的證據，所以天文學家們謹慎地避免用結論性的語言提到大質量黑洞。經過科學計算,銀河系中心黑洞體質量達到1000億太陽質量,與銀河系1000～4000億恒星(超新星)進行比較,還達不到1比1關系(無法與太陽擁有99.86%太陽系質量進行比較)。

4.2 茫茫宇宙中根據星體質量進行排序稱霸：太陽擁有太陽系99.86%質量,才能夠讓地球火星、木星土星、天王星海王星以及數百衛星及矮行星和數以億計的太陽系小天體“臣服”。銀河系是太陽系的超級放大,擁有1000～4000億恒星(和超新星),這些恒星及超新星能夠始終如一的圍繞銀河系中心點運轉,這個銀河系中心點的星體質量應該超級巨大,才能夠吸引控制銀河系遙遠的恒星不被離心力甩飛。經計算為1000～1200億太陽，該“超級大質量黑洞星體”，如同我們太陽系中心的太陽，成為控制銀河系的主宰。

4.3 1888年,達爾文曾給科學下過一個定義：“科學就是整理事實，從中發現規律，做出結論”。在人類漫長的歷史進程中,人們長期認為地球居于宇宙的中心，太陽和其他行星圍繞地球轉,這種理論影響人們思想長達千年以上。時過境遷,人們的思想得到很大程度的解放,不但對我太陽系進行了更加深入的了解,同時對銀河系及宇宙,也有了一些認識和了解。人類對于未知世界的探索是永無止境的,科學文明在不斷的深入與突破，科學定義和科學數據也在與時俱進。

[1]ChandrasekharS．Astrophys．J．，1931，74：81

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