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銀河系的中心到底是什麼?為何能驅使幾千億顆恆星圍繞其旋轉?

在茫茫的宇宙中,地球渺小得猶如一顆 Dirt ,即使是太陽,也是微不足道的存在,根據科學家的估算,我們所在的銀河系擁有2000至4000億顆恆星,而太陽只不過是其中的一員,它與眾多的恆星一起,一直在圍繞著銀河系中心旋轉。

那麼,銀河系的中心到底是什麼?為何能驅使幾千億顆恆星圍繞其旋轉呢?對於這個問題,有一種常見的觀點就是:銀河系的中心有一個巨大的黑洞,它強大的引力約束著銀河系中的眾多恆星,進而驅使它們圍繞其旋轉。

然而簡單分析一下你就會發現,這種觀點其實並不合理。事實上,銀河系中心確實有一個超大質量黑洞,它也被稱為「人馬座A*」(Sagittarius A*),其質量大約是太陽的430萬倍,而根據天文學家的估算,整個銀河系的質量至少是太陽的1萬億倍,也就是說,「人馬座A*」的質量大概只占得到銀河系的百分之0.00043。

由此可見,相對於整個銀河系,「人馬座A*」的質量其實也是非常小的,儘管銀河系的質量除了幾千億顆恆星之外,還包括了其他的物質,如氣體、 Dirt 、暗物質以及其他類型的天體等,但我們也可以清楚地看到,以「人馬座A*」的質量來看,它所產生的引力,根本就不足以束縛銀河系中的眾多恆星。

那麼,到底是什麼在驅使幾千億顆恆星圍繞著銀河系中心旋轉呢?要回答這個問題,我們可以從地球和月球開始講起。通常來講,我們會將地球和月球的運動狀態想像成:地球穩居地月系統的中心位置,而月球則一直在圍繞著地球旋轉。

但實際情況卻並不是這樣,因為引力的作用是相互的,在地球向月球施加引力的同時,月球同樣也會向地球施加引力,在這種情況下,地球和月球其實都是在圍繞著它們的共同質心旋轉,它們之間的引力,則充當了「向心力」,而正是因為如此,地球和月球才不會在彼此引力的作用下撞在一起。

(↑地月系統相對運動狀態的簡化模型)

值得一提的是,由於地球的質量比月球大得多,這就使得地月系統的共同質心落在了地球半徑之內,因此地球的運動就不明顯,但假如天體之間的質量相差不是特別大,那麼它們的共同質心就會落在天體半徑之外,所以它們就會圍繞著一個看不見的「點」在旋轉,比如說冥王星和它最大的衛星——「卡戎」,就是這樣的情況。

(↑冥王星和「卡戎」相對運動狀態的簡化模型)

同樣的原理,太陽系中的所有天體,其實也都是在圍繞著太陽系的共同質心旋轉,太陽當然也包括在內,只不過由於太陽占據了太陽系大約99.86%的質量,以至於太陽系的共同質心總是位於太陽所在的位置附近,所以通常情況下,我們都是進行了簡化處理,把太陽在太陽系中的相對位置視為不變。

(↑單顆行星和太陽相對運動狀態的簡化模型)

實際上,宇宙中所有的天體系統其實都遵循著這樣的規律,銀河系當然也不例外,我們可以將其簡單地理解為,銀河系的中心,其實就是銀河系的共同質心,而驅使幾千億顆恆星圍繞其旋轉的,其實是銀河系所有天體和物質所產生的引力的共同作用。

看到這裡,可能有人會問了:既然如此,那銀河系中心為什麼剛好有一個超大質量黑洞,這是不是太巧了?其實這並不是巧合,因為在已知的星系中,這樣的情況是普遍存在的,而科學家對此也給出了合理的解釋。

科學家推測,超大質量黑洞應該是由質量更小黑洞成長起來的,為方便描述,我們不妨將其稱為「種子黑洞」。

從理論上來講,「種子黑洞」可能是宇宙中第一代大質量恆星消亡之後的產物,也可能是緻密且規模巨大的氣體雲團直接坍縮形成的,在「種子黑洞」形成之後,它們就有機會開始成長,其途徑主要有兩種,一種是持續吸積周圍的物質,另一種則是多個「種子黑洞」合併成質量更大的「種子黑洞」。

無論是哪種途徑,「種子黑洞」的成長都需要很長的時間,在這個過程中,由於長時間的動力學效應,那些質量足夠大、能夠成長為超大質量的「種子黑洞」就會逐漸遷移到星系的引力勢中心,而這裡其實就是星系的中心,由於星系中心的物質通常都非常密集,因此「種子黑洞」還可以進一步成長,並最終形成超大質量黑洞。#金秋圖文動態創作節#
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