天文學家們呈現了迄今為止對真實宇宙怪物的最佳觀測：人馬座 A*，一個潛伏在銀河系中心的超大質量黑洞——或者更確切地說，是對圍繞它執行的熱氣體團的觀測，這些氣體團在湮滅的邊緣搖搖欲墜。這些結果揭示了我們星系最大黑洞的新的、以前未知的特性，併為更深入地理解引力指明瞭方向。
黑洞，像所有真正可怕的怪物一樣，幾乎無法理解，更不用說看到。即使愛因斯坦也懷疑它們的存在，儘管他的廣義相對論預測它們必然存在。它們是引力束縛的結，非常緊密，以至於其中的時空溶解——幽靈般的陰影，貪婪地吞噬著光本身。然而，它們可以被間接地瞥見，就像你眼角出現的幻影。最壯觀的是，當它們吞噬恆星或其他黑洞時，它們會釋放出引力波，這是現實結構中的漣漪，科學家們在2015年首次直接探測到。科學家們還可以透過圍繞黑洞執行的星群來測量黑洞的質量——例如，表明人馬座 A* 已經吞噬了相當於四百萬個太陽的物質。（其他星系中的黑洞可能更大，質量可達數十億個太陽質量。）具有諷刺意味的是，儘管黑洞本身不發光，但堆積在它們張口周圍旋轉的吸積盤中的氣體和塵埃可以被加熱到數十億度，變得比恆星亮數百倍，偶爾還會噴射出更明亮的輻射。當這些輻射來自超大質量黑洞時，這些爆發可以塑造，甚至可能使星系宿主變得荒蕪——而這樣的黑洞似乎蹲伏在每個大型星系的中心。40多年來，天文學家們一直謹慎地研究這些間接證據，就像散落在巨龍巢穴門檻上的骨骼和灰燼。
2018年，一個國際科學家團隊使用一種名為 GRAVITY 的儀器研究了銀河系的怪物，該儀器將智利歐洲南方天文臺甚大望遠鏡的四臺八米望遠鏡的紅外光結合起來。將多臺望遠鏡的光結合起來是一種稱為干涉測量的技術，可以顯著提高天文觀測的靈敏度和精度。研究結果發表在2018年10月的《天文與天體物理學》雜誌上。“這是一個重大突破，”德國加興馬克斯·普朗克地外物理研究所的天體物理學家、該研究小組負責人萊因哈德·根澤爾說。“我們透過使用四臺望遠鏡作為一個直徑為130米的巨型單鏡望遠鏡來觀測銀河系中心，從而製作出比以前暗1000倍的干涉影像。” 這不是 GRAVITY 的第一個突破：在2018年5月，該團隊成功地測量了一顆恆星 S2 在其16年圍繞這個巨大黑洞的軌道上最接近人馬座 A* 時的相對論光線扭曲。
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這一發現是在對 S2 進行相同觀測期間和之後不久展開的，當時 GRAVITY 團隊成員奧利弗·普夫爾和傑森·德克斯特（研究的共同作者，當時都在馬克斯·普朗克研究所）注意到，在2018年5月中旬至7月下旬之間，人馬座 A* 的吸積盤發出了三個耀斑或“熱點”。為了理解 GRAVITY 團隊的壯舉，請想象一下從地球仰望月球，並在月球表面辨別出一個四分之一美元的硬幣（人馬座 A*——或至少是它的陰影）放在一個裝飾著聖誕彩燈的沙灘球上（人馬座 A* 的吸積盤和伴隨的耀斑）。
這些熱點被認為是“磁暴”，當強烈的磁場形成絲狀結構，然後斷裂並重新連線時發生，釋放出大量的能量來加熱黑洞吸積盤內的附近氣體。每個熱點都類似於一個短壽命的、1000萬公里寬的燈泡——大約一個小時後，它會冷卻並在旋轉、湍急的漩渦中被剪下開。這將使研究它們變得極其具有挑戰性——特別是如果它們的發射受到黑洞附近各種極端相對論效應的扭曲和遮擋。反過來，這些相同的效應可以被研究，以對愛因斯坦的引力理論進行越來越嚴格的檢驗，從而可能導致新的物理學。
以前也曾探測到過這樣的爆發，但 GRAVITY 首次讓天文學家能夠精確地測量耀斑在消散之前的位置和運動，表明每個耀斑都以 30% 的光速圍繞某個看不見的中心物體（質量為四百萬個太陽）大約 45 分鐘的軌道執行。GRAVITY 的資料還測量了每個耀斑的偏振，偏振的變化與每個點在吸積盤強大磁場中的運動相一致，進一步加強了軌道解釋。“當我們看到第一個時，我們不得不問自己，‘這是真的嗎？’”普夫爾說。“但後來我們又發現了兩個，” “它們都顯示出相同的旋轉、相同的方向和相同的尺度，這讓我們放心了。”
當首次看到資料時，根澤爾最初的反應是震驚。“我簡直不敢相信自己的眼睛，”他說。“沒有人相信我們能做到這一點——我們自己也沒真以為我們能做到——但它就在那裡，這種美麗的軌道運動。” 除了幸運地捕捉到多個耀斑的活動外，GRAVITY 團隊似乎也很幸運地獲得了一個幾何學上的巧合：他們對熱點軌道的最佳估計表明，人馬座 A* 的吸積盤恰好幾乎是正面朝向地球，而不是側向朝向地球，這使得天文學家可以像氣象學家使用衛星檢視跟蹤颶風中的雷暴一樣，研究其旋轉的熱點。“這就像中了彩票，因為先驗機率表明你會看到像這樣正面朝向的東西是非常低的，”根澤爾說。“這幾乎就像有人為我們安排了這一切；我想銀河系中心是一個幸運兒的地方。”
哈佛大學的天體物理學家艾維·勒布對這個結果相對來說並不感到驚訝，他沒有直接參與 GRAVITY 的研究。十多年前，當與當時的博士後艾弗裡·布羅德里克（現在在安大略省的珀裡米特理論物理研究所）合作時，勒布開發了人馬座 A* 周圍熱點的模型，並提出了觀察其軌道運動的方法。“眼見為實，”他說。“這與我們預期的完全一致……。當時，我與大多數談論此事的人都認為我們的熱點模型過於天真，但令人驚訝的是，大自然比我的許多同事更友善。”
這些預測與 GRAVITY 觀測之間最重要的重疊之處在於，人馬座 A* 的熱點似乎就位於一個長期預測的“不歸點”之上——吸積盤內邊緣物質的“最內穩定軌道”。超過這個邊界，任何物體都會急劇墜落穿過黑洞的事件視界——這是一個眾所周知的終點線，超過這條線，即使是光也無法逃脫——實際上是脫離了可觀測的宇宙，進入了未知領域。由於任何黑洞的最內軌道的精確位置都取決於其最基本的屬性，GRAVITY 的測量結果告訴我們一些關於人馬座 A* 的深刻而新穎的資訊。“就其本身而言，黑洞是簡單的物體——質量、自旋和[電]荷就是你所得到的一切，”加州大學洛杉磯分校的天文學家安德里亞·蓋茲說，她領導的團隊使用夏威夷的雙子克望遠鏡與根澤爾的研究小組競爭了十多年。“最內穩定軌道與黑洞的質量和自旋有關——我們已經知道[人馬座 A* 的]質量——所以如果你相信熱點是從那裡發出的，你就可以確定這個黑洞的自旋，並測量這個基本屬性。這個基本屬性與這些東西如何生長有關，這告訴你它們是如何形成和隨時間演化的。黑洞是我們宇宙的基本組成部分，所以當你研究它們時，你就是在詢問宇宙的基石。”（2020年，蓋茲和根澤爾因其監測人馬座 A* 的工作而分享了諾貝爾物理學獎的一部分。）
不幸的是，就目前而言，對 GRAVITY 結果的進一步經驗驗證可能僅限於該儀器本身。2012年，美國宇航局取消了一項計劃，該計劃旨在為凱克望遠鏡提供類似於 GRAVITY 在甚大望遠鏡上使用的干涉測量能力；如果沒有它，蓋茲團隊的獨立觀測和確認可能不得不等到 2020 年代某個時候，屆時兩座尚未建造的美國30米級天文臺——巨型麥哲倫望遠鏡和三十米望遠鏡——預計將首次亮相。
與此同時，GRAVITY 正在繼續觀測銀河系中心，額外的佐證最終應該會來自射電天文學領域。事件視界望遠鏡是一個由世界各地相互連線的射電天文臺組成的陣列，它在 2019 年和 2020 年以其前所未有的 M87 星系中心超大質量黑洞影像而成為頭條新聞，它也試圖對人馬座 A* 進行成像。這項工作探測到更靠近黑洞的地方，在那裡，引力將光線捕獲在一個圍繞事件視界外側旋轉的環中。但根據該專案的創始主任謝潑德·多爾曼的說法，這些觀測也可能揭示出由更遠處熱點迴圈產生的射電閃爍。
“無論你是在紅外、射電還是引力波中觀察它們，黑洞確實是關鍵，是宇宙最深刻、最神秘的謎團之一，”多爾曼說。“怎麼會有一個通往我們宇宙的單向出口？這到底意味著什麼？現在我們仍然只是看到巨龍巢穴外的骨骼——我們還沒有看到巨龍。”