银河系，中心的黑洞才500万倍太阳质量怎么束缚住银河系的上千亿恒星的？

我们所在的银河系，虽然是可观测宇宙中一个非常普通的星系，但是以人类的视角来看，这个星系的空间尺度还是非常庞大的。据科学家们的估算，银河系的直径大约为20万光年，厚度在2000光年上下，包含着1000-4000亿颗恒星，总质量达到4.2×10^41公斤，约是太阳质量的千亿倍。在银河系的中心，存在着一个大型的星系黑洞－人马座A*，其质量达到太阳的400多万倍，按理说，虽然这个黑洞的质量很大，但是其有效引力范围也只能达到1万光年左右的区域，在距离银心10万光年的银河系外侧，那么多恒星系所受到的黑洞引力已经非常微弱了，那么是什么力量在束缚着这些外侧的恒星，能够乖乖地围绕银心转动呢？

宇宙中的黑洞，是一种由外层物质无限坍缩而成的天体结构，其质量集中到一个奇点之上，在与奇点一定距离（即史瓦西半径）之内的空间，具有超高的曲率，连宇宙中速度最快的光线都无法从中逃逸出去，所有说黑洞是宇宙中最为特殊、引力最强、破坏力最大的天体。

根据科学家们的判断，宇宙中的黑洞共包含3种：一是宇宙大爆炸瞬间产生的原初黑洞，质量和体积都很小，而且寿命很短，在现实宇宙中至今还没有发现过它们的踪迹。

二是大质量恒星在生命末期，完成超新星爆发之后，剩余部分继续坍缩而成的恒星黑洞，这也是宇宙中黑洞数量占比最多的一种类型。

三是星系中央存在的星系黑洞，至于它们的形成，现在主流观点认为是基于恒星黑洞的吞噬和合并产生的，由于星系中央区域恒星分布密度非常之高，而且质量也相对较大、寿命较短，当众多大质量恒星完成主序期使命以后，就会相继形成许多恒星黑洞，一方面吞噬周围的恒星及其它星际物质，另一方面黑洞之间也会在引力作用下发生合并，从而形成质量更大的黑洞。我们人类首次拍摄到的黑洞照片，就是位于室女座中一个巨大椭圆星系（M87中央）的黑洞，其质量惊人，达到了太阳质量的60多亿倍。

银河系中心的人马座A*黑洞质量，与刚才提到的M87星系中央黑洞的质量相比，简直弱得一塌糊涂，然而这并不影响着银河系的整体围绕着星系中央稳定运转。那么，是什么力量在束缚银河系特别是边缘恒星没有被甩出去呢？我想，主要的原因有两个。

第一是共同质心的作用问题。按照牛顿万有引力定律，两个星体之间的引力大小，与它们的质量乘积成正比，与它们间的距离值平方成反比。如果一个星体围绕另一个星体作规律性的旋转，那么这个星体所受到的万有引力，正好与公转时的向心力一致，也就是说万有引力与我们假设的一个与向心力大小相等、方向相反的离心力相互平衡。

这种运动的状态当然是理想化的，因为万有引力是相互的，那么两个星体之间的旋转运行也是相互的。我们之所以看到太阳系所有的行星都围绕着太阳运行，实质上是行星和太阳本身，都在围绕着它们共同的质心在旋转，只是由于太阳的质量占据了整个太阳系总质量的99.86%，使得太阳系的共同质心就处在太阳附近，所以我们就近似地以为所有行星都在围绕着太阳公转。

对于银河系来说，距离银心位置越近的区域，其恒星密度越高，相反边缘区域的恒星密度就非常小了。据科学家们测算，在银核区域（直径1万光年），其恒星密度是其它区域恒星平均密度的500倍，而在银核靠近黑洞的区域，恒星密度更高，可以达到其它区域平均值的上万倍。依据这种恒星分布规律，整个银河系的质心，无疑将存在于银核区域，确切点说就是位于黑洞之内，所以表面上看是银河系整体都在围绕着黑洞运行，实质上是围绕着它们的共同质心运行，而这个共同质心，又恰好落在黑洞内而已。

第二个原因就是暗物质的问题。即使有这个共同的质心，那么对于半径10万光年的银河系外围恒星，其引力效果也是非常微弱的，也就是说不足以支撑外围星系的高速运动状态。同时，结合宇宙微波背景辐射涨落规律的观测，科学家们逐渐意识到在宇宙空间应该存在着一种无法观测到的物质，对宇宙中的现实物质提供了非常强烈的引力势能加持，当现实物质落入这种物质造成的引力势井中，就会产生一定的吸引作用，这种吸引作用与万有引力一起，在一定程度上可以抵消部分由暗能量所带来的空间膨胀效应，同时可以为星系边缘的恒星提供额外的向心力增量，从而维持着星系整体的运行稳定。

通过科学家们的估算，宇宙中可见的常规物质质量占比仅为4.9%左右，而暗物质的总量能够达到常规物质的5倍多，其它绝大部分被另外一种未知的因素所占据，那就是暗能量。正是在万有引力、暗物质和暗能量三者的共同作用下，我们宇宙中的常规物质才得以按照一定的规律，稳定、持久地运行下去。