银河系中心（英语：Galactic Center），是银河系环绕的中心区域，同时也是整个银河系中最明亮的区域。银心位于人马座、蛇夫座与天蝎座三个星座中，距离地球24,000 至 28,400 光年（约 8,000 秒差距）。天球赤道座标：星图 赤经17时 45分40.04秒，赤纬−29°00′28.1″。复杂的无线电波源人马座A几乎位于银河系中心，并包含一个与银河中心超大质量黑洞位置吻合的强大且致密的电波源：超大质量黑洞被命名为人马座A*。吸积进入黑洞的气体，可能也涉及环绕它周围的吸积盘，将释放能量为电波源供给能源，而它们比黑洞本身大许多。
位于德国的马克斯·普朗克外星物理研究所的科学家，使用智利的望远镜证实，存在于银河中心的超大质量黑洞质量为430万太阳质量。在2015年1月5日，美国国家航空航天局报告说观测到人马座A*的X射线闪焰破纪录的比平常亮了400倍。天文学家宣称，这种不寻常的事件可能是由于一颗小恒星落入黑洞被扯碎，或者是因气体流入人马座A*引发磁力线纠缠造成的。
银河系是一个包含太阳系的棒旋星系。直径在100,000光年至180,000光年之间，平均厚度约1,000光年。估计拥有1,000亿至4,000亿颗恒星，还可能有1,000亿颗行星。太阳系距离银河中心约26,000光年，在有着浓密气体和尘埃，被称为猎户臂的螺旋臂的内侧边缘。整个银河系对银河系外的宇宙参考坐标系以大约每秒600公里的速度在移动。
银河系的大小规模比较，如果太阳到海王星的大小相当于25分的美元硬币（24.3毫米），银河系的大小就如同美国大陆。银河系的总质量估计为1.5万亿个太阳质量。
太阳系大约每2.25—2.5亿年在轨道上绕行一圈，可称为一个银河年，因此以太阳的年龄估算，太阳已经绕行银河20—25次了。太阳的轨道速度是217公里/秒，每8天就可以移动1天文单位，1400年可以运行1光年的距离。
欧洲南方天文台拍摄的银河系图，银河系的中心在视野的中心，银河的北方朝上。
这幅由艺术家所描绘的银河系图景中标出了太阳所处的位置，以及另一侧处在盾牌—南十字臂中的恒星形成区
银河系中的旋臂波浪
银河系全图
银河系全图
银河系全图
银河系全景图
据报道，2012年发现了银河系中心一个非常红的红外物体接近超大质量黑洞（上图）。被称为G2的该物体被预测在轨道上，还从G2中检测到布拉克特-伽玛（Brackett-gamma）射线，表明该物体是一个尘土飞扬的有三个太阳质量的物体。加州理工大学洛杉矶分校银河中心小组成员在2014年夏季对G2物体最接近黑洞的过程中进行了密切监视，G2到黑洞事件视界的距离居然一度只要几百天文单位（1天文单位为地球到太阳的均匀距离）。天文学家猜测，如果G2仅仅一团气体云的话，很快就被被黑洞的巨大引力撕扯成碎片。但这团天体依然完好无损，仅仅稍有变形罢了，发现G2幸存下来。如果G2是气体云，它将在接近黑洞时被撕裂。取而代之的是，天文学家证明了G2是一对双星，它们串联地绕着黑洞运行，并合并成一个巨大的恒星，被气体和尘埃掩盖。
2020年1月15日加州理工大学洛杉矶分校银河中心小组发现一群被银河黑洞环绕的尘土包裹物，在我们银河系中心距离超大质量黑洞人马座A *不远的地方发现了一类新奇异的物体。他们在2020年1月16日的《自然》杂志上发表了他们的研究。银河系中央的0.1秒差距（0.326光年）上有一个超大质量的黑洞，该黑洞人马座A *的位置旁，一群年轻的大质量恒星簇（S星3）和各种气态特征组成。最近，发现有两个不寻常的物体围绕人马座A *轨道运行：所谓的G源，即G1和G2气体云。G2气体云最接近黑洞，相距约241亿公里。这些物体尚未解析（大小约为100个天文单位，但远星点除外，与黑洞的潮汐相互作用使它们沿着轨道伸展，并且它们同时显示了热尘埃散发和电离气体的线散。
加州大学洛杉矶分校天体物理学教授安德丽亚·盖兹（Andrea Ghez）讲：“在接近黑洞的这段时间里，G2的体现一向很古怪，”盖兹指出，“它在远离黑洞时看上去很温和无害，但在接近黑洞时却变成了一副耀武扬威的样子。”
在这次近距离触摸后的几年间，随着G2逐渐远离黑洞，形状又变得规整紧凑起来。这些都阐明，这团天体内部必定存在某种强壮的引力、将其紧紧维系在一起，阐明它可能是某种恒星。
G1和G2气体云引起了人们的注意，因为它们似乎与超质量银河黑洞在潮汐作用下相互作用，可能增强了它的积聚活性。关于其性质，尚未达成广泛共识：G物体显示出气体和尘埃云的特征，但显示出恒星质量物体的动力学特性。在这里，我们报告了对另外四个G对象的观察，这些对象都位于黑洞0.04秒差距之内，并且构成了该环境可能唯一的天体。从六个G天体得出的轨道变化很大，它们的公转周期从100年到1000年不等，在靠近黑洞时形状会拉长，这表明它们是共同但分开形成的。
环绕银河系中心黑洞旋转的六个奇特天体G的概念图
天文学家还描述了六个G围绕银河系中央黑洞旋转的奥秘天体。该研究作者指出，这些异常天体看上去像是一团团椭圆形的气体，质量应为地球的几倍。但它们的行为却像小型恒星一样，可以从黑洞极近处擦肩而过，却不会被撕成碎片。这些奇异的天体究竟只是气体，仍是恒星呢？该研究作者指出，或许两者皆而有之。依据它们的形状，轨迹，以及与黑洞之间的相互作用，研究人员提出，每个G天体，在若干年前受黑洞引力的影响而相撞或许曾经是一对双星系统（即两颗围绕互相旋转的恒星）至今仍在向外喷吐撞击发生的气体和尘埃。
银河系中心的图像
银河系中心的图像
银河系中心在星图中的位置
银河系中心，在长达16年的研究中，使用欧洲南方天文台（ESO）的几台旗舰望远镜，一组德国天文学家绘制了潜伏在我们银河心脏的怪物周围的最详细的视图，这是一个超大质量的黑洞。这项研究通过绘制近30颗恒星的轨道图，揭示了这个动荡地区的隐藏秘密，是以前研究的五倍。一颗恒星现在已经绕黑洞完成了一个完整的轨道。通过以令人钦佩的耐心和惊人的精确度观看28个绕银河系最中心区域运转的恒星的运动，天文学家已经能够研究潜伏在那里的超大质量黑洞，它被称为“人马座A *”（发音为“人马座A星”）。这项新的研究标志着首次对如此众多的中心恒星的轨道进行了精确计算，并揭示了有关这些恒星的神秘形成以及它们所束缚的黑洞的信息。
“银河系的中心是一个独特的实验室，在这里我们可以研究与所有其他银河核极为相关的强引力，恒星动力学和恒星形成的基本过程，而且其细节层次是我们银河系之外无法实现的”，位于慕尼黑附近加兴（Garching）的马克斯·普朗克（Max-Planck）外星物理研究所的负责人莱因哈德·根泽尔（Reinhard Genzel）解释说。充满银河系的星际尘埃阻碍了我们在可见光下直视银河系的中央区域。因此，天文学家使用可以穿透灰尘的红外波长探测该区域。尽管这是一项技术挑战，但值得付出努力。
该研究的第一作者斯蒂芬·吉列森（Stefan Gillessen）说：“银河中心拥有已知的最接近的超大质量黑洞。因此，它是详细研究黑洞的最佳场所。”该团队通过观察中心星在人马座A *周围的运动来将其用作“测试粒子”。正如在寒冷的阵风中捕获的叶子揭示出复杂的气流网一样，跟踪中央恒星也显示出银河中心工作中的力量联系。
然后，这些观察结果可用于推断黑洞本身的重要属性，例如其质量和距离。这项新研究还表明，恒星感知到的质量至少有95％必须在黑洞中。因此，几乎没有空间容纳其他暗物质。“毫无疑问，我们长期研究中最引人注目的方面是，它提供了现在被认为是确实存在超大质量黑洞的最佳经验证据。银河中心的恒星轨道表明，有着四百万个太阳质量的中心一定是一个黑洞。”这些观测结果还使天文学家可以非常精确地确定我们到银河系中心的距离，而现在测得的距离为27,000光年。
为了绘制这张无与伦比的银河系心脏图片，并计算单个恒星的轨道，团队不得不研究那里的恒星多年。因此，这些最新的开创性成果代表了16年的专注工作，始于1992年使用位于智利拉西拉天文台的欧洲南方天文台（ESO）3.5米新技术望远镜上的SHARP摄像机进行观测。自2002年以来，随后使用安装在欧洲南方天文台（ESO）8.2 米甚大型望远镜（VLT）上的两台仪器进行了更多观测。
在过去的16年中，总共使用了欧洲南方天文台（ESO）望远镜进行了大约50个晚上的观察，以完成这一令人难以置信的观察。与以前的研究相比，这项新工作将天文学家测量恒星位置的准确性提高了六倍。最终精度为300微秒，相当于从大约10,000 公里的距离看到一欧元硬币。现在，已知的恒星轨道数量首次大到足以在它们之间寻找共同的性质。
吉列森（Gillessen）说：“最内层区域的恒星像一群蜜蜂一样处于随机轨道上。”“但是，更远的是，这28个恒星中有6个绕着盘中的黑洞运转。在这方面，这项新研究还明确证实了发现中心盘的早期工作，中心定向的轨道，这就是如何最好地描述银河系中心年轻恒星的动力学。”一颗称为S2的特殊恒星绕银河系中心如此快速地旋转，以至于在研究的16年内完成了整整一圈的旋转。观测S2的一个完整轨道对实现高精度和理解该区域至关重要。然而，关于这些年轻恒星如何进入今天所观察到的轨道的问题仍然是个谜。它们太年轻了，无法迁移到更远的地方，但似乎更不可能出现在它们当前的轨道上，黑洞的潮汐作用在此。
令人兴奋的是，未来的观察已经在计划中，以测试试图解决这一难题的几种理论模型。莱因哈德·根舍（Reinhard Genzel）说：“欧洲南方天文台（ESO）仍然充满期待。”“对于未来在黑洞附近的研究，我们需要比目前可能的角度分辨率更高的角度分辨率。”下一代仪器GRAVITY的首席研究员弗兰克·艾森豪尔（Frank Eisenhauer）认为，欧洲南方天文台（ESO）很快就能获得所需的分辨率。“下一个重大进展是将来自四个8.2米甚长基线干涉测量（VLT）单元望远镜的光组合在一起，一种称为干涉测量的技术。这将使观测的精度比目前的水平提高10到100倍。这种组合具有有可能直接测试爱因斯坦在黑洞附近目前尚未探索的地区的广义相对论。”
这些观察结果是16年大型监视活动的高潮，该监视活动始于1992年欧洲南方天文台（ESO）的SHARP新技术望远镜。然后，使用纳科·纳斯米斯（NaCo Nasmyth）自适应光学系统（NAOS）近红外成像仪和光谱仪（CONICA）和SINFONI的光谱测量仪器在欧洲南方天文台（ESO）的超大望远镜上进行追踪。这两种仪器都依赖于自适应光学器件的使用，这使天文学家可以消除大气的模糊效应。由于银河系的中心非常拥挤，因此必须以尽可能高的分辨率观察它，因此需要自适应光学系统。只有无线电信号，红外线和X射线才能从银河中心到达我们。无线电观测结果表明，大多数气体和X射线观测站对高能过程都很敏感，而红外线则可以观测这些恒星。
银河系中心气体和灰尘围绕黑洞的位置。在2019年5月13日在夏威夷岛上的凯克 2望远镜上进行的一次观察会议中，天文学家捕获了人马座A *星（Sgr A *），因为它突然变亮了75倍，然后又恢复了正常水平。显示了超过2.5个小时的图像间隔时间。
人马座A *星
人马座A *星位置图
银河系黑洞质量及其与地球的距离
银河系黑洞中喷射物的证据，将来自钱德拉X射线天文台的X射线数据与超大型阵列（VLA）的无线电观测相结合，银河中心小组成员展示了最好的情况，即存在从银河中喷出的高能粒子射流中心超大质量黑洞。合成图像显示，喷射流远离人马座A *星并在太空中传播，直到它与气体相距数光年之遥，并触发了激波锋的形成。相互作用还加速电子并产生X射线。
银河系中部最明显的地方，银河系中心本身位于人马座，距离我们约有27,000光年，它藏在厚厚的星际尘埃云后面，这些尘埃云在可见光中看起来像是黑暗的遮盖物。这张图片涵盖了2.5弧分的视场。
斯皮策图像揭示了银河系中心可见光看不见的：低温恒星（蓝色），热的尘埃（红色），靠近中央的明亮白点是人马座A*。显示了成千上万的恒星挤在银河系的漩涡状核心中。
银河系中心图像
银河系中心大量的恒星在中心几秒钟内以高速度运动
银河中心的轨道平面方向。在球面上绘制轨道角动量矢量指向的方向。恒星编号S66，S67，S83，S87，S91，S96，S97和R44是顺时针恒星盘的成员（2009年），由粗的灰色点和虚线标记。其他恒星的轨道是随机定向的。标签的颜色表示恒星类型（蓝色代表早期型恒星，红色代表晚期型恒星）。银河系中心黑洞附近，存在着一群年轻S恒星。
银河拱门和五重星团是银河系中最重的年轻星团。它们位于距黑洞约30秒差距（约97光年）的位置，并且形成于银河系中最极端的环境之一。同样，这些星团经历了来自超大质量黑洞的强大的潮汐剪切力。 这些星团与银河系中心附近的年轻恒星团一起，为研究极端初始条件下恒星和星团如何形成提供了理想的机会。
这幅银河系中心的彩色红外复合图像，揭示了新的大质量恒星群，以及围绕中心300光年旋转的热电离气体中复杂结构的新细节。这张一览无余的全景图是用银河系核心拍摄的最清晰的红外照片，并提供了一个实验室，以研究在其他星系经常充满暴力的核区域中大质量恒星如何形成并影响其环境。该视图将哈勃太空望远镜的近红外摄像机和多目标光谱仪（NICMOS）的清晰成像与以前的斯皮策太空望远镜使用其红外天文摄像机（IRAC）进行的彩色成像相结合。中间的尘埃云将银河核遮盖在可见光下，但红外光会穿透尘埃。显示出大量的大质量恒星分布在整个地区。一个新发现是，天文学家现在发现，大质量恒星并不局限于银河中心已知的三个大质量恒星团之一，即中央星团，拱门星团和五重星团。在图像中，这三个星团很容易看到密集的明亮大质量恒星。分布的恒星可能是孤立形成的，也可能起源于被强引力潮汐打乱的星团。这些恒星的风和辐射形成了在核心中看到的复杂结构，在某些情况下，它们可能触发了新一代恒星。
天文学家观察到有史以来银河系中心最大的X射线耀斑，这是从银河系中心的超大质量黑洞中发现的。美国航空航天局（纳萨NASA）的钱德拉X射线天文台发现了这一事件，引发了有关这个巨大黑洞及其周围环境行为的疑问。位于我们银河系中心的超大质量黑洞被称为人马座A *星或Sgr A *，据估计它包含了太阳质量的450万倍。天文学家在使用钱德拉观察人马座A *星（Sgr A *）对附近称为G2的尘埃状电离气体云的反应时做出了意外发现。马萨诸塞州阿默斯特学院的首席研究员达里尔·哈加德（Daryl Haggard）说：“不幸的是，当它接近人马座A *星（Sgr A *）时，G2气体云并没有产生我们所希望的烟花。”“但是，大自然常常使我们感到惊讶，我们看到了其他确实令人兴奋的东西。”
2013年9月14日，哈加德和她的团队从人马座A *星（Sgr A *）处检测到X射线耀斑，其亮度比通常的安静状态高400倍。这种“巨大耀斑”的亮度比2012年初人马座A *星（Sgr A *）之前最亮的X射线耀斑高出近三倍。人马座A *星（Sgr A *）安定下来后，钱德拉在2014年10月20日观察到另一场巨大X射线耀斑，比平时高出200倍。天文学家估计，G2在2014年春天离黑洞最近，相距150亿英里。2013年9月观察到的钱德拉耀斑距离黑洞约100倍，这使得该事件不太可能与G2有关。研究人员有两种主要理论来研究导致人马座A *星（Sgr A *）以这种极端方式爆发的原因。首先是小恒星离超大质量黑洞太近，被重力撕裂了。这种潮汐扰动产生的碎片变得非常热，并产生了X射线，然后在黑洞的无返回点或视界范围内永久消失。“如果一颗小恒星被撕裂，它会在黑洞周围绕了几个小时，就像水绕着排水沟流下来一样，然后才掉进去，”
马萨诸塞州理工大学麻省理工学院的合著者弗雷德·巴甘诺夫（Fred Baganoff）说。“这就是我们最后一次看到最明亮的X射线耀斑的时间，所以这是我们考虑的有趣线索。”如果这个理论成立，那意味着天文学家可能已经找到证据，证明最大的小恒星在被人马座A *星（Sgr A *）撕裂后会产生观察到的X射线耀斑。第二种理论是，流向人马座A *星（Sgr A *）的气体中的磁场线可能紧密堆积并缠结在一起。这些场线有时可能会自行重新配置，并产生明亮的X射线爆发。在太阳上可以看到这些类型的电磁耀斑，而人马座A *星耀斑具有相似的强度模式。“最重要的是，对于由人马座A *星（Sgr A *）造成这些巨大耀斑的原因尚无定论，”
位于德国加兴的马克斯·普朗克天体物理学研究所的合著者加布里埃莱·庞蒂（Gabriele Ponti）说。“这种罕见和极端的事件为我们提供了一个难得的机会，只需使用一滴滴入的物质来了解我们银河系中最奇异的物体之一的物理学。”除巨大的耀斑外，与钱德拉（Chandra）进行的G2观测活动还收集了更多有关磁星的数据：强磁的中子星位于人马座A *星（Sgr A *）附近。这个磁星正在经历长时间的X射线爆发，而钱德拉（Chandra）的数据使天文学家可以更好地理解这个不寻常的物体。
从夏威夷火山国家公园看到的银河系星群和银河系中心
哈勃太空望远镜，斯皮策太空望远镜和钱德拉X射线天文台制作了银河系中心区域图像的匹配影像。每个图像都显示了望远镜在银河中心区域的不同波长视图，说明了每个天文台所进行的独特科学，揭示了银河核心附近的强烈活动。请注意，星系的中心位于图像中间右侧和正下方的亮白色区域内。整个图像宽度大约占一半度，与满月的角宽度大致相同。
哈勃太空望远镜，斯皮策太空望远镜和钱德拉X射线天文台制作了三张银河系中心区域的图像。斯皮策的红外光观测提供了银河中心区域的详细而壮观的视图（图1）。哈勃望远镜还能观察到有限范围内的红外光（图2）。黄色代表哈勃望远镜的近红外观测结果。银河系的中心由右下角的亮斑标记。沿左侧是被明亮的大质量恒星团加热的巨大的暖气弧线。
此外，哈勃还发现了该地区更多的大质量恒星。这些恒星的风和辐射形成了整个图像中气体中所见的复杂结构。这张一览无余的全景图是银河系中心区域有史以来最清晰的红外照片之一。红色代表斯皮策的红外观测结果。我们银河系的漩涡状核心拥有成千上万个在可见光下看不到的恒星。这些恒星加热附近的气体和尘埃。这些尘土飞扬的云彩在红外光下发光，并揭示出它们通常具有戏剧性的形状。这些云中有一些藏有恒星苗圃，这些恒星苗圃正在形成新一代恒星。就像大城市的市中心一样，我们的银河系中心是一个拥挤，活跃且充满活力的地方。
钱德拉（Chandra）探测到的X射线使大量异物和高能特征曝光（图3）。蓝色和紫红色代表钱德拉的X射线观察结果。在此图像中，紫红色表示能量较低的X射线，蓝色表示能量较高的X射线。数百个小点显示出黑洞和其他密集恒星物体周围物质的发射。一个超大质量的黑洞（比太阳大约四百万倍）位于右下角的明亮区域内。X射线的漫射光来自超大质量黑洞的流出，巨型恒星的风和恒星爆炸而加热到数百万度的气体。这个中心区域是我们银河系中最活跃的地方。将这些视图放在一起时，此合成图像提供了我们银河系神秘核心有史以来最详细的视图之一。
在银河系中心1.0 X 1.0弧秒内的恒星轨道，该图像中的每颗恒星都在运动。这些轨道为超大质量黑洞提供了最佳证据。银河系中心小组成员测量银河系中心附近数千颗恒星的位置已有20多年的历史了。特别是，已经测量了两颗恒星的全相位覆盖范围：S0-2（轨道周期为15.56年）和S0-102（轨道周期为11.5年）。最接近的方法是，S0-2距银河系中心仅17个光小时，约为海王星与太阳的距离的四倍。根据这些轨道数据，我们可以确定自己银河系中中心黑洞的质量。银河系超大质量黑洞，距地球只有25,000光年。它的质量估计是太阳质量的400万倍，这意味着史瓦西半径（Schwarzschild）大约是太阳半径的17倍。作为比较，水星的轨道位于约83太阳半径的距离。由于银河中心是距离最近的超大质量黑洞的地点，距离约为水星轨道的100倍。因此它是解决与超大质量黑洞的基本物理学相关的一些最大谜团，以及它们在形成或形成中的作用的独特的星系演变实验室。
观测显示了关于银河系中心的S2星轨道的发现
银河系的超大质量黑洞周围的S0-2和S0-102的轨道
人马座A *星和最近爆炸发出的两个光线回声
人马座A* 星图像周围区域
人马座A *星中的黑洞被可见光谱中的暗云遮挡
人马座A*星，这张照片是美国宇航局钱德拉X射线太空望远镜拍摄的
智利阿塔卡马大毫米超长基线阵列射电望远镜（ALMA）观察人马座A*
人马座A *黑洞的第一张照片
银河系中央影像，可见S2的位置
S2，或称为S0—2（S代表“来源/Source”）， S0-2这个名称首次出现在1998年。S0被用来表示在天球上距离银河系中心人马座A*一角秒以内的恒星，而S0-2则是当时量测时距离人马座A*第二近的恒星，这颗恒星稍后被简略编号为S2。是一颗极为接近银河系中心无线电波源人马座A *的恒星，位于赤经17时45分 40.0442秒，赤纬−29°00′27.975″，它的轨道周期是16.0518年，半长轴970天文单位，近拱点为17光时（18兆米或120天文单位）。S2的轨道周期只比木星绕太阳轨道长30％，但距离拱点不低于太阳和海王星距离的四倍。
天文学家以欧洲南方天文台的观测资料推测S2最初形成时的质量约为14个太阳质量。基于S2光谱观察资料，该恒星的质量约为10至15倍太阳质量。2008年天文学家已观察到到S2周围银河系中心的完整轨道。已知的证据都显示人马座A *是超大质量黑洞。由德国马克斯·普朗克地外物理学研究所的天文学家组成的团队观测S2环绕人马座A*的轨道动力学以量测地球到银河系中心的距离，结果是7940±420 秒差距，与先前使用其他方式测定的结果吻合。S2于2018年5月接近人马座A*时被精准追踪，观测结果与广义相对论预测一致。S2的轨道是目前已知运动最快的弹道轨道，最接近人马座A*时的轨道速度超过5000 公里/秒，相当于光速的1/60%。加速度大约是 1.5米/秒2 或者地球表面重力的 1/6。2018年7月，德国天文学家莱因哈德·根舍（Reinhard Genzel）等人的论文中报告，S2的轨道速度于同年5月位于距离人马座A *约120天文单位的近拱点时达到了7650公里 / 秒，相当于光速的2.55％。
2012年，天文学家发现另一颗比S2更接近银河系中心超大质量黑洞的恒星S0-102。S0-102的亮度只有S2的十六分之一，因此天文学家无法立即确认，而是累积多年观测资料才将该恒星的光从该天区背景红外光中分离。S0-102的轨道周期是比S2更短的11.5年。在围绕银河系中心黑洞的恒星中只有S2和S0-102在三维空间的轨道参数和轨迹是完全已知的。对天文学家来说，发现2颗极为靠近银河系中心超大质量黑洞的恒星是相当有趣的，因为天文学家将可同时使用这两颗恒星的观测资料，得到只使用S2资料更精确的黑洞周围重力性质与广义相对论量测结果。
S2通过距离银河系中心黑洞最近点的想像图
S2和其他5颗恒星环绕银河系中心超大质量黑洞预设者人马座A *的推论轨道
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