銀河系中心的光到底是什麼？

07-13

這個問題不能再好了。
我們先討論下銀河系的中心究竟是指什麼。

銀河系中心

一方面銀河系中心可以是指中心的那一個幾何點，即銀河系的自轉軸與銀道面的交點：銀心。而按照1950年的曆元坐標，銀心位於赤經17h42m29s，赤緯 -28°59′18″的位置。
另一方面銀河系中心也可以指銀河系中心區域。

那是一道光

討論完銀河系中心是什麼，我們再來討論下，光是什麼？
一般我們所理解的光都是可見光，但是實際上，可見光只是電磁輻射的一個波段罷了，嚴格來說，整個電磁波段都可以叫做「光」。而在這裡，我認為光就是「亮」的意思，亮就是指比別的地方的電磁輻射強。
圖一電磁輻射譜

「薛定諤的光」

接下來，在回答題主所問的「銀河系中心的光是什麼」的時候，我們先討論點別的：銀河系中心究竟有沒有光？
也許你會回答，有。
因為在你所看到的任何一張銀河系的概念圖中，銀河系中心都是一抹亮光。
圖二：銀河系概念圖。
你也許會回答，沒有。

因為你知道，銀河系中心是一個緻密的射電源SgrA*（人馬座A*），而我們相信這其實是一個質量約為 $10^{6}_{odot}$ 的超大質量的黑洞。常識告訴我們，黑洞是不發光的。
在我看來，這兩種說法都是對的，我把它叫做「薛定諤的光」（參考薛定諤的貓）。
那麼，為什麼我說銀河系的中心既發光又不發光呢？
這一切，就要從銀河系的結構說起了。

銀河繫結構

銀河系的主要成分為恆星、暗物質粒子、星際氣體和星際塵埃。銀河系內約有 $10^{11}$ 顆恆星，它們的總質量約為 $5sim6 imes10^{10}M_{odot}$ 。
以圖二為例，銀河系中心區域叫做核球，偏平的盤面叫做銀盤，而銀河系的中央平面叫做銀道面，球狀星團分布的廣大區域叫做銀暈。
恆星主要分布在銀盤內，銀盤由一個薄盤和一個較厚但是密度較低的厚盤組成，而核球是銀盤中心一個隆起的結構。與傳統意義的核球不同，從太陽位置側面看去，銀河系的核球呈方形盒狀，而不是球狀。根據上海天文台沈俊太老師2010年的研究，核球很有可能就是從側面看到的銀河系的中心棒（如圖三所示）。
圖三：COBE衛星在近紅外波段拍攝的銀河系。

銀河系核球

從圖三我們可以看到，銀河系核球發出了非常強的光。而這個光，我猜測應該就是題主想問的光。那這個光是怎麼產生的呢？

前邊我們提到，恆星主要分布在銀盤內，而核球是銀盤中的恆星盤中心突出的恆星聚集區。核球的直徑約為 $12000$ 光年（太陽距銀河系中心 $32616$ 光年），質量大約為 $10^{10}M_{odot}$ 。核球中的恆星大都是年齡超過 $50$ 億年的年老的恆星，比如天琴座RR型星、晚型矮星、紅超巨星等。核球的中央部位被稱作銀核，那裡有著密集的恆星群。
也就是說，這些光是由恆星產生的，事實上，核球部分的光度占整個銀河系光度的 $15\%$ 左右。

「薛定諤的光」第一定律

可惜，這些光我們無法用肉眼看到。
因為，從地球上向銀河系中心望去，我們的視線會被大量的氣體和塵埃所遮擋，這些氣體和塵埃對於來自銀河系中心的可見光輻射和紫外輻射有著強烈的消光作用，光學消光達 $30$ 星等。通俗點說，就是在一個來自於銀河系中心的光子的成功到達我們的望遠鏡的過程中，有一萬億個光子失敗了。
所以，對於偏居銀河系一隅的我們，銀河系中心在光學波段永遠是漆黑一片，這也是我為什麼在圖三的注釋中提到「近紅外波段」的原因。
它會發光，但我們在可見光波段看不到。
這是「薛定諤的光」第一定律。

銀河系中心黑洞SgrA*

天文學家相信，有證據表明，絕大多數星系的中心都是一個超大質量的黑洞。銀河系也不例外。
與銀河系其他地方相比，銀核是一個相當稠密的區域，典型的溫度為 $70K$ ，密度大於 $10^{4}cm^{-3}$ ，質量約為 $10^{8}M_{odot}$ （前文提到了，核球總質量約為 $10^{10}M_{odot}$ ）。
觀測結果顯示，銀核中的恆星以很高的速度繞著銀心轉動。由此，天文學家推斷，恆星轉動的軌道中央存在著一個超大質量的天體，與此同時，射電波段傳來喜訊，銀心位置有一個緻密的射電源SgrA*，它發出的射電輻射強度是太陽可見光強度的10度，但輻射區域僅僅不到 $3 imes10^{10}km$ 。隨後，紅外波段也帶來捷報，有一個紅外輻射源IRS16，其位置與SgrA*完全重合。因此，天文學家認為，SgrA*是一個質量約為 $10^{6}M_{odot}$ 的超大質量黑洞。而隨後通過進一步研究，天文學家認為這個超大質量黑洞也是一個低光度星系核。

圖四：銀河系中心超大質量黑洞。（摘自《現代天體物理》）
圖四是受前文提到的星際氣體和星際塵埃的消光而在光學波段不可見的銀河系中心的 $90cm$ 射電圖像。沿中央對角線分布的大批亮輻射源顯示了從側面看到的銀河系盤狀結構，可以很明顯的看出來，SgrA*是最亮處。

「薛定諤的光」第二定律

看到這裡，也許你要說了，看你這ID，你是民科吧，黑洞不是不發光嗎？
沒錯，黑洞是一個引力場強大到光也無法逃脫的時空區域，既然光無法逃脫，那麼我們自然也看不到它。
但是，黑洞不發光，可是黑洞周圍發光呀。
前文我們提到了，光就是電磁輻射。而黑洞是一點輻射都放不出來的（霍金輻射和我們聊的沒關係）。但是，黑洞周圍存在著吸積盤（詳情可見黑洞吸積理論簡介），而吸積盤裡存在著強大輻射。而相關研究又表明，SgrA*周圍有著強烈的噴流（詳情可見Note：ADAF模型在銀河系中心黑洞Sgr A*中的應用）。吸積盤和噴流共同產生了射電波段和X波段的輻射，同時產生了在可見光波段也是可見的（看不到是因為前文提到的消光作用）。
圖五：從各個波段看我們的宇宙。
從圖五我們很直觀的可以看出，在任何波段，銀河系中心都是很亮、很特別的。

銀河系中心發出的是光，但不只是可見光。
這就是「薛定諤的光」第二定律。

「薛定諤的光」第三定律

而黑洞的史瓦西半徑相對於吸積盤和噴流的尺寸來說，實在是太小了，可以說，黑洞被吸積盤和噴流產生的光直接蓋住了（對應前文提到的SgrA*是一個低光度星系核）。
前文我們也提到了，銀河系中心可以是銀心，也可以是中心那一片區域，而我們一般認為SgrA*在銀心，但中心區域是核球。
圖六：活動星系核統一模型。
圖六是活動星系核的統一模型，儘管我們的銀河系不是活動星系，SgrA*也不是活動星系核，但可以藉助這個模型讓大家更好的理解。
銀河系中心（銀心）不發光，但銀河系中心（中心區域）發光。
這就是「薛定諤的光」第三定律。

「薛定諤的光」第零定律

上帝說：「要有光」，於是便有了光。--《聖經：創世紀》

圖七：創世紀。
那上帝他老人家給的光是什麼？
這就是「薛定諤的光」第零定律。

參考文獻：

[1]. 向守平. 天體物理概論[M]. 中國科學技術大學出版社, 2008.
[2]. 陸埮. 現代天體物理[M]. 北京大學出版社, 2014.
[3]. Yuan F, Narayan R. Hot Accretion Flows Around Black Holes[J]. Annual Review of Astronomy Astrophysics, 2014.52:529-588.
[4]. 劉碧芳. 天體物理中的輻射機制. 中國科學院大學秋季研究生課程PPT, 2016.

作為一個巨大黑洞，自然是想吸引一切有質量的物體，因此許多恆星在他周圍螺旋向內，在未進入事件視界時，仍然在向外發出光，由於它的半徑是如此的大，自然而然的在外面有許多的恆星仍在發光，應該是亮光的來源（個人見解）
真的真的，這只是個人見解，錯了別怪我

可能是m78星雲奧特之星的等離子火花塔吧。

銀河系中心哪有光，都是畫的

在我們拍攝夜空銀河的時候，都會狠狠地給銀心P亮
這就是你看到的光的來源

黑洞，粒子不是從黑洞裡面出來的，而是從緊靠黑洞的事件視界的外面的「空虛的」空間來的。又因為能量不能無中生有，所以粒子反粒子對中的一個伴侶具有正能量，而另一個具有負能量。由於在正常情況下實粒子總是具有正能量，所以具有負能量的那一個粒子註定是短命的虛粒子。因此，它必須找到它的伴侶並與之相互湮滅。然而，因為實粒子要花費能量抵抗大質量物體的引力吸引才能將其推到遠處，一顆實粒子的能量在接近大質量物體時比在遠離時更小。正常情況下，這粒子的能量仍然是正的。但是黑洞里的引力太強，導致那裡實粒子的能量都可以是負的。因此，如果存在黑洞，帶有負能量的虛粒子落到黑洞里可能變成實粒子或實反粒子。這種情形下，它不再需要和它的伴侶相互湮滅了。它被拋棄的伴侶也可以落到黑洞中去。或者由於它具有正能量，也可以作為實粒子或實反粒子從黑洞的鄰近逃走。對於一個遠處的觀察者而言，它就顯得是從黑洞發射出來的粒子一樣。

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