银河系的中心到底是什么？为何能驱使几千亿颗恒星围绕其旋转？
在茫茫的宇宙中，地球渺小得犹如一颗尘埃，即使是太阳，也是微不足道的存在，根据科学家的估算，我们所在的银河系拥有2000至4000亿颗恒星，而太阳只不过是其中的一员，它与众多的恒星一起，一直在围绕着银河系中心旋转。https://p3.itc.cn/images01/20231108/db624660c4ed4062926dceee7c968424.jpeg那么，银河系的中心到底是什么？为何能驱使几千亿颗恒星围绕其旋转呢？对于这个问题，有一种常见的观点就是：银河系的中心有一个巨大的黑洞，它强大的引力约束着银河系中的众多恒星，进而驱使它们围绕其旋转。然而简单分析一下你就会发现，这种观点其实并不合理。事实上，银河系中心确实有一个超大质量黑洞，它也被称为“人马座A*”（Sagittarius A*），其质量大约是太阳的430万倍，而根据天文学家的估算，整个银河系的质量至少是太阳的1万亿倍，也就是说，“人马座A*”的质量大概只占得到银河系的百分之0.00043。由此可见，相对于整个银河系，“人马座A*”的质量其实也是非常小的，尽管银河系的质量除了几千亿颗恒星之外，还包括了其他的物质，如气体、尘埃、暗物质以及其他类型的天体等，但我们也可以清楚地看到，以“人马座A*”的质量来看，它所产生的引力，根本就不足以束缚银河系中的众多恒星。https://p4.itc.cn/images01/20231108/8f355e04ab434bfa94259a2ef1822e4c.jpeg那么，到底是什么在驱使几千亿颗恒星围绕着银河系中心旋转呢？要回答这个问题，我们可以从地球和月球开始讲起。通常来讲，我们会将地球和月球的运动状态想象成：地球稳居地月系统的中心位置，而月球则一直在围绕着地球旋转。但实际情况却并不是这样，因为引力的作用是相互的，在地球向月球施加引力的同时，月球同样也会向地球施加引力，在这种情况下，地球和月球其实都是在围绕着它们的共同质心旋转，它们之间的引力，则充当了“向心力”，而正是因为如此，地球和月球才不会在彼此引力的作用下撞在一起。https://p9.itc.cn/images01/20231108/ce33e1b31ad24f7c805e01954efec1cc.gif（↑地月系统相对运动状态的简化模型）值得一提的是，由于地球的质量比月球大得多，这就使得地月系统的共同质心落在了地球半径之内，因此地球的运动就不明显，但假如天体之间的质量相差不是特别大，那么它们的共同质心就会落在天体半径之外，所以它们就会围绕着一个看不见的“点”在旋转，比如说冥王星和它最大的卫星——“卡戎”，就是这样的情况。https://p8.itc.cn/images01/20231108/919929a6b7da406492e714155dc05f77.gif（↑冥王星和“卡戎”相对运动状态的简化模型）同样的原理，太阳系中的所有天体，其实也都是在围绕着太阳系的共同质心旋转，太阳当然也包括在内，只不过由于太阳占据了太阳系大约99.86%的质量，以至于太阳系的共同质心总是位于太阳所在的位置附近，所以通常情况下，我们都是进行了简化处理，把太阳在太阳系中的相对位置视为不变。https://p6.itc.cn/images01/20231108/a5e7a219e4b646369173735efa31d72e.gif（↑单颗行星和太阳相对运动状态的简化模型）实际上，宇宙中所有的天体系统其实都遵循着这样的规律，银河系当然也不例外，我们可以将其简单地理解为，银河系的中心，其实就是银河系的共同质心，而驱使几千亿颗恒星围绕其旋转的，其实是银河系所有天体和物质所产生的引力的共同作用。https://p7.itc.cn/images01/20231108/df1ed9afe33e40d4bb4a89143bf535c7.gif看到这里，可能有人会问了：既然如此，那银河系中心为什么刚好有一个超大质量黑洞，这是不是太巧了？其实这并不是巧合，因为在已知的星系中，这样的情况是普遍存在的，而科学家对此也给出了合理的解释。科学家推测，超大质量黑洞应该是由质量更小黑洞成长起来的，为方便描述，我们不妨将其称为“种子黑洞”。从理论上来讲，“种子黑洞”可能是宇宙中第一代大质量恒星消亡之后的产物，也可能是致密且规模巨大的气体云团直接坍缩形成的，在“种子黑洞”形成之后，它们就有机会开始成长，其途径主要有两种，一种是持续吸积周围的物质，另一种则是多个“种子黑洞”合并成质量更大的“种子黑洞”。https://p1.itc.cn/images01/20231108/e351b13b07704ee19a266985493cce95.jpeg无论是哪种途径，“种子黑洞”的成长都需要很长的时间，在这个过程中，由于长时间的动力学效应，那些质量足够大、能够成长为超大质量的“种子黑洞”就会逐渐迁移到星系的引力势中心，而这里其实就是星系的中心，由于星系中心的物质通常都非常密集，因此“种子黑洞”还可以进一步成长，并最终形成超大质量黑洞目前为止，对于这些都只是猜测和想象
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