在人類探索宇宙的歷程中，“銀河系中心是否存在超大質量黑洞” 曾是困擾天文學家數十年的謎題。直到 20 世紀末，科學家通過持續(xù)追蹤銀河系中心區(qū)域恒星的運動軌跡，才找到確鑿證據 —— 那些以驚人速度圍繞 “不可見引力源” 旋轉的恒星，像一個個 “宇宙指南針”，直指一個質量約為太陽 430 萬倍的超大質量黑洞（后被命名為人馬座 A*）。

這場跨越數十年的 “恒星追蹤實驗”，不僅證實了黑洞的存在，更揭開了銀河系演化的核心秘密。

要理解恒星運動如何 “暴露” 黑洞，首先得明確銀河系中心的觀測困境 —— 銀河系中心位于人馬座方向，距離地球約 2.6 萬光年，中間被大量塵埃和氣體云遮擋，可見光無法穿透，早期天文學家只能通過射電波、紅外線等穿透性強的波段，模糊觀測到中心區(qū)域存在一個強射電源（1954 年被命名為人馬座 A*）。

但僅憑射電波信號，無法確定這個 “引力源” 的本質：它可能是密集的恒星群、中子星團，也可能是黑洞。真正的突破，始于對 “恒星運動規(guī)律” 的精準觀測。

1992 年，天文學家安德烈亞斯?蓋茲與萊因哈德?根策爾分別帶領團隊，啟動了一項 “長期恒星追蹤計劃”—— 他們利用位于智利的超大望遠鏡（如歐洲南方天文臺的甚大望遠鏡 VLT、美國的凱克望遠鏡），通過紅外波段穿透塵埃，聚焦銀河系中心一個直徑僅 0.1 光年的區(qū)域（相當于太陽系到比鄰星距離的 1/42），對這里的恒星進行持續(xù)拍照與位置測量。

之所以選擇這一區(qū)域，是因為若中心存在超大質量黑洞，其強大引力會牽引周圍恒星以極高速度運動，且軌道會呈現明顯的 “受迫旋轉” 特征 —— 這是區(qū)分 “黑洞引力” 與 “普通恒星群引力” 的關鍵標志。

這場觀測持續(xù)了近 30 年，科學家們如同 “宇宙攝影師”，每年為中心區(qū)域的恒星拍攝 “全家?！保偻ㄟ^計算機精確計算每顆恒星的位置變化，繪制出它們的運動軌跡。其中，一顆編號為 S2（后更名為 S0-2）的恒星，成為證實黑洞存在的 “關鍵證人”。S2 是一顆藍巨星，質量約為太陽的 15 倍，它的運動軌跡呈現出完美的橢圓形，而橢圓的一個焦點，恰好指向人馬座 A * 所在的 “不可見區(qū)域”。

更令人震撼的是 S2 的運動速度：當它運行到軌道近心點（距離引力源最近處）時，速度高達 2400 公里 / 秒，是太陽圍繞銀河系公轉速度（約 230 公里 / 秒）的 10 倍，甚至超過了某些恒星的逃逸速度。根據牛頓萬有引力定律和開普勒行星運動定律，恒星的運動速度與軌道半徑、中心引力源質量滿足嚴格的數學關系 —— 通過 S2 的軌道周期（約 16 年）、軌道半長軸（約 1000 天文單位，1 天文單位為地球到太陽的距離）和近心點速度，科學家計算出：這個 “不可見引力源” 的質量至少為太陽的 400 萬倍，且必須壓縮在一個直徑小于 4400 萬公里的區(qū)域內（僅略大于水星軌道直徑）。

如此大的質量被壓縮在如此小的空間內，排除了所有已知的 “普通天體” 可能：若它是恒星群，如此密集的恒星會因碰撞、超新星爆發(fā)頻繁爆發(fā)，釋放出強烈的電磁輻射，與觀測到的 “平靜區(qū)域” 不符；若它是中子星或白矮星，其質量上限遠低于 400 萬倍太陽質量（中子星質量上限約為 3 倍太陽質量），無法產生如此強的引力。唯一符合條件的解釋，就是這里存在一個超大質量黑洞 —— 它不發(fā)光、不反射電磁波，卻能通過引力牢牢束縛周圍的恒星，讓它們呈現出 “高速繞轉” 的特征。

S2 的運動軌跡還驗證了廣義相對論的預言，進一步鞏固了黑洞存在的證據。

根據廣義相對論，在強引力場中，光線會發(fā)生引力紅移（光的波長變長，頻率降低）。2018 年，S2 運行到近心點時，科學家通過光譜分析發(fā)現，其發(fā)出的光因黑洞引力產生了明顯的紅移，且紅移量與廣義相對論的計算結果完全吻合 —— 這是人類首次在超大質量黑洞附近觀測到廣義相對論效應，徹底排除了 “其他引力源” 的可能性，為黑洞的存在畫上了 “決定性句號”。

除了 S2，科學家還追蹤到其他數十顆恒星的運動軌跡，進一步印證了黑洞的存在。例如編號為 S14 的恒星，軌道周期約 11.5 年，近心點距離引力源僅約 100 天文單位，速度同樣高達 1600 公里 / 秒；這些恒星的軌道焦點全部指向人馬座 A*，且運動規(guī)律均符合 “超大質量黑洞引力牽引” 的模型。大量恒星的 “集體繞轉” 行為，像一群被無形引力繩牽引的行星，共同指向一個結論：銀河系中心必然存在一個超大質量黑洞。

2022 年，事件視界望遠鏡（EHT）合作組織發(fā)布了人馬座 A * 的首張圖像 —— 一個模糊的暗斑周圍環(huán)繞著明亮的光環(huán)，這正是黑洞 “事件視界”（光無法逃逸的邊界）外吸積盤的影像。這張照片直觀印證了恒星運動觀測的結論：那個牽引恒星高速旋轉的 “不可見引力源”，正是黑洞。而這張圖像的拍攝，同樣依賴于恒星運動提供的 “坐標定位”—— 科學家通過恒星軌道確定黑洞的精確位置，才能將全球 8 臺射電望遠鏡的觀測數據精準拼接，最終 “看見” 黑洞。

回顧銀河系中心超大質量黑洞的發(fā)現歷程，恒星運動無疑是 “最關鍵的證據”。它不像射電波信號那樣模糊，也不像理論模型那樣抽象，而是通過可測量、可驗證的運動規(guī)律，將 “不可見的黑洞” 轉化為 “可計算的引力源”。這場發(fā)現不僅證實了超大質量黑洞在星系中的普遍存在（如今已發(fā)現多數大型星系中心都有超大質量黑洞），更讓人類意識到：黑洞并非宇宙中的 “孤立怪物”，而是星系演化的 “核心引擎”—— 它通過引力塑造星系結構，甚至影響恒星的誕生與死亡。