為何說銀河系的中央是巨大的黑洞？
為何說銀河系的中央是個巨大的黑洞？有哪些理論和數據支持這一點？
根據我淺薄的天文學和物理學知識，既然整個銀河系是圍繞著一個點運行的，顯然在這個點上有個質量足夠大的物體，但我們知道黑洞的引力作用範圍是很短的（這個是為何我不太清楚，同樣求解答），在黑洞的引力範圍內任何物質都不可能逃脫，顯然按照我知道的理論銀河系是不可能因為黑洞的重力作用而圍繞一個點旋轉的。
儘管在物理上，黑洞有種種「神奇」的性質，但是對於天文學家來說，確認黑洞存在的最好辦法無非是找到大量質量聚集在小空間內的直接或者間接證據罷了。
剛上大學的時候，我第一聽說了這個長達十年的觀測成果（從95年開始到05年paper發表Stellar Orbits around the Galactic Center Black Hole ，實際觀測時間應該在8年左右），當時就深深的為這種現實中的十年磨一劍所拜倒（現在則為那個組裡的PhD們感到黯然神傷）。UCLA的這個銀（河系中）心組，從95年開始用Keck望遠鏡（當時世界上最大的光學望遠鏡，主反射面直徑10米，位於夏威夷的Mauna Kea山巔）對銀河系中心的人馬座A* X射線源附近的恆星進行跟蹤觀測。說起來容易，實際上銀河系中央的的恆星密度非常高，再加上前景恆星的影響，實際得到的原始觀測圖像差不多是下圖（a）中的樣子（非常短的曝光，只有0.13秒）：（這幅圖取自這個組98年的paper，High Proper-Motion Stars in the Vicinity of Sagittarius A*: Evidence for a Super ）
圖（a）中標註出來的四個16**是很亮的前景星（這幾幅圖裡都是越黑代表實際越亮，據說可以省墨，但是在CRT時代卻會影響顯示器壽命），對每幅圖像進行去暗場，減Bias以及平場之後，把很多這樣的短曝光圖像進行疊加（原始論文里叫shift and add，本人不做觀測所以也不太了解具體過程，詢問了系裡的師兄之後，知道基本過程就是取一個亮星作為參照，並假設在曝光時間內大氣的影響基本是朝同一個方向的，把N張圖片進行不同位移的疊加，得到的亮星圖像最亮的時候就認為基本消除了大氣抖動，這個方法和自適應光學結合之後可以得到非常高的解析度）那些恆星的所在的視場，只有1*1個角秒大小，放大並用高通濾波去掉前景星的光暈之後，就可以仔細研究這些小黑點啦。
圖（a）中標註出來的四個16**是很亮的前景星（這幾幅圖裡都是越黑代表實際越亮，據說可以省墨，但是在CRT時代卻會影響顯示器壽命），對每幅圖像進行去暗場，減Bias以及平場之後，把很多這樣的短曝光圖像進行疊加（原始論文里叫shift and add，本人不做觀測所以也不太了解具體過程，詢問了系裡的師兄之後，知道基本過程就是取一個亮星作為參照，並假設在曝光時間內大氣的影響基本是朝同一個方向的，把N張圖片進行不同位移的疊加，得到的亮星圖像最亮的時候就認為基本消除了大氣抖動，這個方法和自適應光學結合之後可以得到非常高的解析度）那些恆星的所在的視場，只有1*1個角秒大小，放大並用高通濾波去掉前景星的光暈之後，就可以仔細研究這些小黑點啦。
這裡科普一下點擴散函數（point spread function，PSF），由於光的衍射，以及光學系統本身的像差，導致理想點源在成像元件上並不是一個完美的點，這種大型望遠鏡通常像差很小，如果不考慮大氣層的影響，一般的PSF很接近理想的艾里斑：
於是大家可以明白為何亮的星星看起來更大了：雖然艾里斑的理論尺寸是一樣的，但是亮星的PSF即使在邊緣也有足夠的亮度讓CCD感光，而暗星就只有中間那個「尖頂」可以讓CCD檢測到。
於是大家可以明白為何亮的星星看起來更大了：雖然艾里斑的理論尺寸是一樣的，但是亮星的PSF即使在邊緣也有足夠的亮度讓CCD感光，而暗星就只有中間那個「尖頂」可以讓CCD檢測到。
在知道光學系統的PSF之後，就可以用它和處理過的圖像擬合，得到這些「小黑點」中心的準確位置，如果這些恆星不是高速自轉導致變成橢圓的話，圖像中心就可以認為是恆星的質心了。
最後假設有一個點質量源位於Sgr A*,用不同時刻恆星的位置開始擬合軌道：
如果下面這個gif能動的話：
如果下面這個gif能動的話：
Black Holes
05年的結果表明，這些恆星周期最短的只有不到20年，最快的一顆在近拱點的速度大約有10000km/s，也就是光速的3%！而中央區域有大約四百萬太陽質量的物質集中在半徑45AU（差不多是冥王星的軌道大小）的範圍內。雖然依然不是黑洞存在的直接證據，但的確很難想像太陽系裡擠進四百萬個太陽的情形——這麼多的質量集中在如此小得範圍內，除了黑洞，別的都很難穩定存在啊。
最近這個組又發現了周期更小的恆星S0-102,繞「黑洞」跑完一圈只要十年：
UCLA Galactic Center Group
當然，45AU似乎還是個很大的範圍，前面的回答有人提到Sgr A*是一個強射電源，這意味著我們可以用射電望遠鏡進行解析度極高的觀測。目前利用甚長基線干涉（VLBI，用多台相距很遠的射電望遠鏡組成干涉陣列，從解析度角度相當於增大望遠鏡口徑，提高角解析度。射電因為頻率較低，所以可以先把電波記錄下來再進行干涉處理，所以可以全球聯動。光學波段就只能靠光纖實時干涉了，限制了大小，一般也就同一個天文台的幾個望遠鏡可以這樣搞）得到這個射電源的大小不超過37微角秒，差不多相當於理論上視界大小的4倍，對應的實際大小是0.3AU。這就是說，我們需要把四百萬個太陽質量集中到水星軌道以內！
當然我很期待視界望遠鏡（Event Horizen Telescope）的結果啦，真的做到那麼高的解析度，想想就有點小激動哦！
這麼大質量的高密度天體，目前還真的只有黑洞能解釋呢。什麼中子星白矮星都是「長」不到那麼大得，真有那麼大，核心即使是中子簡併壓也撐不住，只會繼續坍縮，要是沒有新的對抗壓力的機制冒出來的話，就只能變成黑洞了。手機簡單答下
題主實際上問了兩個問題
一，銀河系中心黑洞是怎麼確定的。
雖然有各種星際氣體、塵埃嚴密遮擋，但現在天文學家已經可以觀測到離銀河系中心只有幾光年的天體。這些恆星或氣體圍繞人馬座A*（就是銀心黑洞）呈簡單的開普勒式繞轉。據此可以很簡單地推算出該中心天體的質量以及直徑上限。質量和體積的對比超過了所有的緻密天體容許的極限，必然是黑洞。
如果你問為什麼那些恆星和氣體會做簡單的開普勒式繞轉，你也說了，黑洞實際上引力影響的範圍是有限的。
這涉及另一個問題
二，銀河系中心黑洞和銀河系是什麼關係。
銀河系中心黑洞的質量（約400萬太陽質量）和銀河系的質量（約100億太陽質量，可見物質，不包括暗物質）以及尺度（直徑十萬光年）相比是微不足道的。銀河系雖然也是繞中心旋轉的，但是和太陽系這種繞一質量極大的中心天體旋轉的系統是完全不同的。考慮到引力傳播的延遲性，這個問題是很複雜了→_→而且，銀河系周圍暗物質還在其中發揮很大的作用（單憑銀河系可見物質完全控制不住外圍恆星的旋轉啊）。
在短距離內，銀河系中心黑洞是可以讓恆星以開普勒定律繞它旋轉的。
純靠記憶，純手打，如數字之類有瑕疵勿怪。
好吧，我來上證據，咱們不猜測，不扯淡
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先說結論，銀心（銀河系中心）確實有一個黑洞，已經證明。
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眾所周知黑洞連光都不放過，沒有光，也就看不見，不能直接觀察，咱們可以間接的搜尋。
怎麼去間接的搜尋呢，就是萬有引力，偉大的牛大大留給我們的偉大遺產：我雖然看不見你，但是我可以看見你的萬有引力！貌似更玄乎了，通俗點：雖然我看不見你，但是你的引力是實實在在存在的，你的引力會引起其他小夥伴的騷動，我只要看一眼小夥伴們騷動了沒有，就知道你是不是在那裡！
銀河系有一個編號為S21，質量是太陽15倍的一顆恆星。長期的跟蹤研究發現它圍繞著一個中心以15.2年的周期做圓周運動。它距離中心最近的距離有17光時，已經貼近黑洞「事件邊際」。它的繞行速度達到了驚人的5000千米/每秒。從它的運動方式我們可以利用公式推算出它中心那個天體的質量，公式很簡單
簡化一下啦
其中
經計算
（本計算是基於圓形軌道進行的近似計算，實際S21的軌道為橢圓形，所以數值會有一些偏差，而且年紀大了，好久沒算數了，也許會算錯，還請包涵）
（本計算是基於圓形軌道進行的近似計算，實際S21的軌道為橢圓形，所以數值會有一些偏差，而且年紀大了，好久沒算數了，也許會算錯，還請包涵）
質量如此巨大而又局限在如此狹小的空間內（其實應該給你一個空間範圍的，可是我沒有，也沒找到數據，坐等大神來填吧），除了黑洞，別無其他可能。
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題主所說的引力作用範圍就是我所說的「事件邊際」，這個確實很小，但是黑洞作為一個大質量天體有它的萬有引力作用啊，而且萬有引力是四大基本力裡面的唯一長距離作用力（電磁力也能長距離作用，但是因為世界都是中性的，所以……），它會在很長很長很長的距離內影響其他的天體，也就是銀河系就是靠他拽著才沒有轉散架。
頂上面的回答，另外補充：銀河系中心不只有一個黑洞，在幾百光年的範圍內還有幾百萬太陽質量的恆星和星際氣體，另外還有質量更大的暗物質，這些質量加起來施加的引力吸引住了銀河系，其中暗物質的作用更重要。
另外，現在正在開發的「視界望遠鏡」（Event Horizon Telescope，簡稱EHT，實際上是個巨大的干涉陣，把目前世界上大一點的毫米波望遠鏡、干涉陣都包括進去了）將能直接觀測到銀心黑洞（又名Sgr A*）的視界。目前有一些初步結果，未來幾年加入更多的望遠鏡，提高解析度和靈敏度後有望直接觀測Sgr A*的視界。
目前的EHT，包括三個地點的四台望遠鏡/陣列，圖片來自http://www.eventhorizontelescope.org/
EHT計劃中的完全體：
如果將來直接觀測Sgr A*了，可能看到的圖像如下圖中間和右邊（左邊是輸入的模型），圖片來自http://arxiv.org/pdf/0906.4040v1.pdf
圖中的像戒指一樣的圖形是Black Hole Shadow，字面意思是黑洞的影子，實際意思也差不多，因為不懂所以具體請大家自己google吧...
誰告訴你黑洞引力作用範圍很短的？
你說的不可逃脫的區域是黑洞的視界，這個的確很小。但是黑洞的引力範圍和同等質量的其它星體是一樣的，萬有引力規律不會錯
至於銀河中心是黑洞，這個是觀測得出的，人馬座A區域有一個強大的射電源，並且有恆星圍繞其運轉，軌道周期只有15年，近拱 點離射電源估計只有120AU，最大速度每秒5000km。這樣估計下來這個射電源的質量是太陽的400萬倍，你覺得該是什麼呢？
銀河系的心臟 人馬座A
補充一下我的看法，為何銀河系會如此巨大並且繞著銀河系旋轉。
假設巨大黑洞成立的話，勢必會作用於附近的天梯，使其繞黑洞旋轉。假如將黑洞看成一個磁鐵，吸引附近的天體其整體可以看成更大的磁鐵，在萬有引力作用下會使作用範圍相應增大，因此銀河系的範圍得以如此巨大。
因此如果問為什麼非要說星系中間大多有大質量黑洞，那黑洞就是星系形成的一個充分條件，就如同歷史上某某事件的導火索
其實我覺得題主的迷惑只在於對黑洞引力的誤解，我嘗試從普通人角度作簡單解釋。
題主的理解：黑洞的引力作用範圍是很短的
在黑洞的引力範圍內任何物質都不可能逃脫
題主的誤區：
將光能否逃脫作為黑洞引力的範圍邊界。
事實：
黑洞的本質就是一個高質量星體。由於引力十分巨大，過於靠近，連光也無法逃脫，從而得名黑洞；超出這個距離，光能逃脫，但不代表其他物質就能。
本質上，銀河系所有星體都被中心黑洞束縛，無法逃脫，所以才成為銀河系。
黑洞的引力作用沒有很短，我想你說的應該是黑洞的事件邊界，即物體不被黑洞吃掉的距離，這個確實不大。但這個距離只是保證你不被吃掉，在遠距離上，黑洞是大質量物體，同樣遵守萬有引力定律。事實上，我們知道黑洞存在就是因為觀測到有恆星繞看不到的物體旋轉，根據觀測到的恆星的質量和繞行的速度與周期，確定繞行物體的質量，判斷出符合條件的天體只能是黑洞(很大質量位於很小的空間)
黑洞收縮到一定極限，必然就會引發大爆炸。一個新的宇宙空間誕生，或者是一個新的星雲誕生！如此往複
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