银河系的中心存在着什么？对于这个问题，2020年诺贝尔物理学奖获得者罗杰·彭罗斯（Roger Penrose）、安德烈娅·盖兹（Andrea Ghez）和莱因哈德·根策尔（Reinhard Genzel）已经给出了明确的答案：在银河系的中心，存在着一个超大质量黑洞。

银心黑洞是怎么被发现的？

罗杰·彭罗斯为银心黑洞存在的提供了理论基础，他于1965年发布了《引力坍塌和时空奇点》等一系列论文，以广义相对理论作为依据，详细论证了银河系的中心存在超大质量黑洞的可能性。然而只有理论肯定是不行的，想要得到科学界的认同，就必须拿出有令人信服的观测数据。

虽然我们不能直接观测到黑洞，但它产生的引力效应是可以被观测到的，因此只需要观测银河系中心的恒星是怎么运行的，就可以间接推测出黑洞是否存在。

从1995年起，安德烈娅·盖兹就开始致力于观测银河系中心的恒星，她率领的研究团队利用凯克望远镜对银河系中心的恒星进行长达20年的追踪观测，然后绘制出了它们多年来的运行轨迹。

上图来自于安德烈娅·盖兹的研究团队，图中的每个光球都代表一颗恒星，中心的五角星则代表银河系的中心位置，可以看到，这些恒星都在围绕着一个强大的引力源运动。在此之后，莱因哈德·根策尔的研究团队又利用更精密的观测仪器对这些恒星进行了测量，然后提供了高精度的观测数据。

通过对这些恒星的观测数据进行分析，研究人员就可以确定银河系中心的引力源的质量和体积，分析结果表明，这个引力源的体积很小（直径约为4400万公里），但质量却很大（约为太阳质量的430万倍）。

因为在人类已知的所有天体中，只有黑洞才符合这种标准，所以我们基本上可以判定，在银河系中心存在着一个超大质量黑洞，这也是近些年来科学界的共识。然而就在2021年5月21日，一篇发表在《皇家天文学会通讯月刊》的论文却对此提出了不同的看法。

2020年诺贝尔物理学奖遭到挑战，科学家怀疑银心黑洞并不存在

在银河系的中心区域，除了恒星以外，还运行着一些气体云团，早在2006年的时候，科学家就注意到一个编号为“G2”的气体云团在向银河系中心靠近，按照其运行轨道来看，它将在未来与银心黑洞非常接近，根据科学家的预测，届时的“G2”将被银心黑洞吞噬。

时间到了2014年，此时“G2”已经离银心黑洞很近了，并且随着时间的推移，它与银心黑洞的距离还在逐渐缩小，科学家满以为可以观测到一次宇宙中的“饕鬄盛宴”，但出人意料的是，这样的事情并没有发生，尽管“G2”几乎是与银心黑洞“擦肩而过”，但是它却毫发无损。

（注：图中红色的“十”，代表银河系中心）

观测数据表明，“G2”与银心黑洞距离最近时仅有大约260个天文单位，在这么近的位置上，它无论如何都不应该毫发无损地从银心黑洞的引力场中逃逸出来。但观测数据却清清楚楚地表明，这种不可能的事情却发生了，这应该如何解释呢？

一个大胆的假设就是：银河系中心的黑洞，可能并不存在。

而这也是前面提到的那篇论文的观点，该论文来自于意大利国际相对论天体物理学中心的一个研究团队，研究人员认为，“G2”的奇怪表现强烈暗示了位于银河系中心的引力源并不是黑洞。但问题是，如果它不是黑洞，那会是什么呢？该团队给出的答案是：暗物质团。

暗物质是一种我们无法直接探测到的物质，我们只能通过它们产生的引力效应来间接探测暗物质的存在。

研究人员认为，如果构成暗物质的基本粒子也是费米子，那么它们也会遵循“泡利不相容原理”，在这种情况下，大量的暗物质就可以形成一个边界模糊的高密度暗物质团，其产生的引力会比黑洞“温和一些”，从而允许像“G2”这样的气体云团在较近的距离内“毫发无损地通过”。

为了验证这种观点，研究人员在计算机上创建了银河系的模型，其中银心黑洞被大量的暗物质取代，运行结果显示，“暗物质模型”的银河系与实际观测到银河系的运行方式几乎完全相同，而在银河系的中心区域，这种模型与实际观测数据的匹配程度甚至比“银心黑洞模型”更好。

虽然这项研究让2020年诺贝尔物理学奖遭到了挑战，但从目前的情况来看，这也只是一种比较合理的假设，并没有足够的证据可以否定银心黑洞的存在。不过该团队的负责人天体物理学家贝塞拉·韦加拉（Becerra Vergara）表示，未来他们将继续进行该项目的研究工作，期待能够找到有力的证据。

本文参考资料：

E A Becerra-Vergara et al, Hinting a dark matter nature of Sgr A* via the S-stars, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters (2021).

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