地球黄沙遍野，小麦、秋葵等基础农作物相继枯萎灭绝，人类不再像从前那样仰望星空，放纵想象力和灵感的迸发，而是每日在沙尘暴的肆虐下倒数着所剩不多的光景。这是经典科幻电影《星际穿越》呈现出的世界末日临近的景象，但最终，博学的主人公库珀通过天文学、物理学、数学以及密码学知识成功地把未来的高科技传输给女儿，建立起星际文明，拯救了人类。
但也有人说，这部电影的真正主角是“卡冈图雅”——一个超大质量黑洞，因为它在电影中呈现的模型是三十多个人、数千台计算机工作一年的成果，它注定会成为电影史上一个令人难以忘记的鲜明角色。
1915年，爱因斯坦提出广义相对论，广义相对论告诉我们，任何有质量的物体都会使周围的时空弯曲，进而影响其它物体的运动轨迹，这就是引力的本质。就像图2中描绘的地球，把它放在宇宙这个巨大的“幕布”上时，“幕布”会由于地球的质量而塌陷——也即地球周围的时空发生弯曲，而弯曲的时空决定了其中物体的运动轨迹。这样我们就明白月亮为什么不能脱离地球，而是按固定周期围绕地球公转了。
在爱因斯坦提出广义相对论之后不久，同年的12月，德国的天文学家卡尔.史瓦西寄来一封信，给出了引力场方程的第一个精确解，这个解描述了一个球对称星体外部的时空结构。他推论出，如果特定质量的物质被压缩到某个特殊半径范围之内，时空将会在这个半径处体现奇异的性质——这个半径后人称为史瓦西半径。
每一个天体都有一个对应的史瓦西半径，如果一个天体完全处于它的史瓦西半径球体范围之内，那么它发出的光将无法逃脱自身的引力而隐身在茫茫宇宙之中，成为暗星，也就是黑洞。
在宇宙中，有一种黑洞可能是大家熟悉的，它由恒星演化而来。所有的恒星都有一定的寿命，它们的最终命运跟自身质量息息相关。太阳的质量在银河系中并不算大，它在晚年会先变成一颗红巨星，最终变成白矮星，走完自己的一生。但如果恒星质量超过太阳质量的10倍甚至更多，它将会以一种壮烈的方式终结自己的生命，这就是超新星爆发——随着一次剧烈的爆炸，恒星外层的物质被抛向宇宙深处，内层的物质则发生塌缩。
但我们今天讨论的主角——超大质量黑洞（Supermassive Black Hole），不可能由恒星坍缩而成，这种黑洞的质量非常大，可以达到百万，甚至百亿倍太阳质量，一般位于大型星系的中心。图5中这个漂亮的星系叫草帽（Sombrero）星系，看上去像一顶墨西哥草帽。在这个“草帽星系”的中心，有一个大约10亿倍太阳质量的黑洞。
1960年代初期，天文学家发现了一类叫“类星体”的天体，类星体是一种星系，因为看上去类似恒星而得名。它距离我们非常遥远，但它们的中心区域非常亮，远远超过了普通的星系。于是问题来了：这些类星体中心发光的能量来自哪里呢？天文学家首先联想到了太阳。上个世纪三十年代，人们确信太阳之所以能“精力旺盛”地发光发热这么久，是由于其内部发生的核聚变。但对于如此遥远的类星体来说，中心区域如此耀眼，核能真的够吗？
人们对核能的效率进行了计算，发现仅仅靠类似于恒星的核聚变过程，根本不足以支撑类星体的能量释放，而对引力能的计算使天文学家确信，引力能的释放效率远大于核能。
随着天文学的发展，天文学家们发现除了类星体，许多星系的中心都有一颗超大质量黑洞，银河系也不例外。那么天文学家是怎样得知黑洞的质量，来确定它超大质量黑洞的身份呢？我们所处的太阳系在银河系的外围，离银河系中心大约2.5万光年。
天文学家们用红外波段的望远镜，视线可以直接穿过密集的星际尘埃观测银河系中心。在下面这张照片中我们可以发现，在银河系中心一个很小的区域内，所有的恒星都在绕着同一个中心天体高速运动，通过直接观测恒星的运动轨迹可以确定恒星的运动速度，已知恒星距离银河系中心的距离，天文学家推算出中心天体的质量大约是四百万倍太阳质量。
十几年前，有天文学家试图把星系和中心黑洞的数据放在一起，居然发现：如果在x轴画出星系核球（星系核心最亮的区域，有时即指星系本身）的质量，在y轴画出中心黑洞的质量，这两者居然体现出了非常严格的线性关系，核球质量越大的星系，中心黑洞的质量也越大。对于天文学家来说，发现一致的线性关系是一件非常令人兴奋的事。
如果中心黑洞质量和星系核球质量存在如此强的相关性，那就说明星系和中心黑洞之间会互相影响，甚至共同演化。
我们已经知道，恒星量级的黑洞可以由大质量的恒星塌缩形成，我们也可以通过观测和计算推算出超大质量黑洞的质量。那么星系中心的超大质量黑洞是如何形成的呢？一个比较自然的想法是：积少成多——小黑洞在吸积周围物质的过程中不断增长，最终变成了一个“巨无霸”。
这样的小黑洞我们称之为“种子黑洞”，人们推测，种子黑洞在宇宙的早期就已经存在。那时候，宇宙中几乎只有氢和氦两种元素，这会导致这一时期形成的第一代恒星的质量非常大，最高可以达到百倍的太阳质量，燃料烧尽后坍缩形成的种子黑洞则可以达到数十甚至上百倍太阳质量。
近年来，中国对基础科学研究的投入越来越多，对于天文也更加重视。不久前在贵州完工的500米口径“FAST”望远镜，是世界上最大的射电望远镜。
同时，中国也是造价60亿欧元的“SKA”射电望远镜的成员。“SKA”和“FAST”都将是利用脉冲星计时来探测黑洞合并产生的引力波的领先设备。中国也是30米口径望远镜项目的参与国，这是一个即将建设在夏威夷的巨型望远镜，它可以把人类的视野拓展到宇宙的边缘。对宇宙的探索离不开望远镜技术的发展，作为一个研究天文的中国人，生活在这个时代是如此幸运。