本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，反映了作者的觀點，不一定反映《大眾科學》的觀點
這篇文章是系列文章的第二篇，該系列文章與我即將出版的書籍《引力的引擎：泡泡狀黑洞如何統治星系、恆星和宇宙生命》（《大眾科學》/FSG）相伴而生。
黑洞，即使是真正巨大的黑洞，也是微小的——在浩瀚的時空中散佈著微小的針尖。即使是最大的黑洞，質量可能是太陽的百億倍，其事件視界（從中任何光都無法逃脫的表面）也只延伸到海王星軌道附近。這僅僅是45億公里（或0.00047光年），與星系的尺度相比簡直微不足道——星系的恆星成分可能跨越超過10萬光年。在銀河系中不存在如此巨大的黑洞，其中最大的黑洞質量也只有400萬到500萬個太陽質量，潛伏在銀河系中心附近。它的事件視界只比我們太陽的半徑稍大一點。
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我們星系中的大多數黑洞可能只有4到5個太陽質量，而且它們非常小，視界半徑只有約12公里。但是肯定有成千上萬個這樣的黑洞，它們是巨大恆星短暫生命的必然遺蹟。然而，頗具諷刺意味的是，支援這些天體存在的天文證據不如支援它們超大質量表親的證據確鑿，後者傲然地位於看似每個星系的中心。關於低質量黑洞最有希望的天文觀測來自於對雙星系統的研究，在這些系統中，一顆可見的伴星正在被某種更隱蔽的東西吞噬。原型是X射線雙星天鵝座X-1，它在1970年代被發現。它由一顆巨大的藍色恆星組成，以六天為週期圍繞一個間接觀測到的、質量約為太陽十倍的天體執行。該天體顯然正在從恆星中吸取物質，並將其捲入一個熾熱的物質盤中，該物質盤發出X射線光子。這個伴星質量太大，不可能是中子星（如果質量超過約3個太陽質量，中子星會坍縮成黑洞）或白矮星（質量限制在約1.4個太陽質量），因此符合黑洞的特徵。
但這並不是定論，該系統的測量仍然存在不確定性。藍色恆星的亮度極高，使得很難確定其伴星的性質。其他型別的雙星，被稱為軟X射線暫現源，可能會提供更清晰的恆星質量黑洞的標誌。在這些系統中，一顆中等大小的恆星圍繞著一個看不見的巨大伴星執行，但物質只是偶爾流向它——每10到50年大約有六個月會爆發出X射線光。這為天文學家提供了充足的機會來檢查這些基本上處於休眠狀態的天體，從而解開這兩個天體的光。在這些情況下（以及一個名為V404 Cygni的系統是最好的例子），看起來伴星的質量確實太大，不可能是中子星，而很可能是質量約為太陽十倍的黑洞。
仍然有人質疑這種大小的黑洞是否真的是我們認為的那樣。這種懷疑主義部分基於科學，雖然未經證實，但並非完全不可能。例如，某些強核力的場論允許在中子和質子的密度低於通常認為的密度時進行約束，從而形成既不是中子星也不是黑洞的天體（“Q星”）。這些天體的質量可能高達100個太陽質量，但半徑僅比等質量黑洞的事件視界大40%。對於天文學家來說，區分它們的特徵將是半徑的差異，當然還有實際可觀測的表面，而不是事件視界。
相比之下，超大質量黑洞——質量是太陽的數百萬到數百億倍——的存在更有把握，因為對於宇宙中如此巨大、但仍然非常緊湊的天體的存在，實際上沒有其他合理的替代理論。它們也是宇宙中巨大的力量，在許多星系的中心產生巨大的能量，這些能量以巨大的輻射和粒子陣面，甚至以延伸數十萬光年的超相對論束或物質噴流向外噴射。能量來自物質的破壞，這些物質被它們可怕的陡峭引力井所捕獲，並在它們附近的旋轉時空中被捲動。
銀河系中心的巨大黑洞已經以一種特別壯觀的方式被確定——透過觀察它對附近恆星軌道的影響。這裡的動畫由萊因哈德·根澤爾小組在馬克斯·普朗克地外物理研究所採集的真實資料組成，顯示了從1992年到2008年這十六年間銀河系中心恆星的運動（根澤爾與安德里亞·蓋茲和她的UCLA小組最近因他們在定位和描述我們星系中心黑洞方面的開創性工作而共同獲得了克拉福德獎）。
您需要點選此影像才能觀看動畫。仔細觀察，您會看到中間的恆星圍繞著某種看不見的東西突然快速移動。那個東西的質量超過400萬個太陽。
您還可以在這裡觀看運動，更詳細地放大並繪製恆星軌道的真實資料——最近的恆星最快的接近速度約為每秒7500英里，幾乎是地球繞太陽公轉速度的400倍，揭示了中心看不見的巨大質量的規模。
這是一張蓋茲小組過去15年的觀測中恆星軌跡圖，顯示了圍繞看不見的中心質量的高度橢圓軌道。
還有許多其他證據，從銀河系中心的射電波長觀測，到X射線資料，這些資料揭示了該區域幾乎每天發生的“耀斑”事件——可能是小行星大小的物質塊在事件視界之外立即被撕裂的跡象。
當今最重要的天體物理學問題之一是這樣的黑洞是如何產生的，以及它們與周圍特定的星系環境有何關係——我們也是這種環境的一部分。這提出了一個聽起來很奇怪，但卻引人入勝的可能性；這些非凡地方的本質與宇宙中產生生命的條件之間是否存在聯絡？
....待續。