這是有史以來第一次，研究人員觀察到一顆恆星經過銀河系中心的超大質量黑洞，證實了它的運動顯示了廣義相對論的影響，正如阿爾伯特·愛因斯坦所預測的那樣。
銀河系中的恆星圍繞著一個叫做人馬座A*的巨大黑洞運轉，從地球上看，這個黑洞通常是安靜的，只是偶爾會把靠得太近的物體撕碎。這個黑洞的質量是太陽的四百萬倍，它展示了我們銀河系最強大的引力場，使它-以及一小群高速圍繞它運轉的恆星-成為愛因斯坦廣義相對論預言的極端效應的完美試驗場。
26年來，研究人員一直使用歐洲南方天文臺(ESO)的儀器觀測銀河系中心。“銀河系中心是我們測試重力的實驗室，”巴黎天文臺的天體物理學家、這項新研究的合著者奧德利斯特勞布(Odele Straub)在7月26日的eso新聞發佈會上說。
一項模擬顯示恆星的軌道非常接近銀河系核心的超大質量黑洞。這顆恆星S2每16年繞一圈，2018年5月非常靠近黑洞，讓天文學家有機會檢查相對論的極端影響。
天文學家利用在智利的ESO甚大望遠鏡上的重力、辛弗尼和NACO儀器的新紅外線觀測，跟蹤一顆名為S2的恆星，它是圍繞著距離地球26000光年的超大質量黑洞運行的一群快速運動的恆星的一部分。
2018年5月，這些天文學家在離這個黑洞很近的地方目睹了S2通過。當時，S2的速度極快-1，550萬英里/小時(2，500萬公里/小時)。通過比較重力和辛弗尼的位置和速度測量以及以前對S2的測量，研究小組發現來自恆星的扭曲光與基於廣義相對論對重力如何扭曲時空的描述的預測是一致的。
ESO官員在一份聲明中說，S2的測量清楚地顯示了一種稱為紅移的效應。
在藝術家的描繪中，恆星S2與銀河系中心的超大質量黑洞擦肩而過。通過研究這顆恆星，天文學家們成功地檢驗了愛因斯坦的廣義相對論。ESO/M.Kornmader
“紅移告訴我們，在穿越宇宙的過程中，重力是如何影響光子的，”天文學家、加州大學洛杉磯分校物理與天文學系的教授Andrea Mia Ghez在接受媒體採訪時表示，雖然他並沒有參與這項研究。
根據該聲明，超大質量黑洞的引力場拉伸了離開S2的光線，而來自S2的光的波長的變化與愛因斯坦的理論所預測的一致。
研究人員在新聞發佈會上說，新的測量結果和結果並不符合更簡單的牛頓引力理論所預測的結果。馬克斯普朗克地外物理研究所的高級研究員、重力和SINFONI光譜儀的首席研究員Frank eisen豪爾展示了一個生動的圖表，突出了在ESO新聞發佈會上的分歧——“愛因斯坦1:0牛頓”——引起了聽眾的歡呼。
研究人員在聲明中說，這是第一次在超大質量黑洞周圍的恆星中觀測到牛頓引力理論，儘管這是他們第二次觀測到黑洞周圍的S2;他們跟蹤這個系統已經有二十多年了。上一次，16年前，測量的分辨率還不足以捕捉相對論的影響。
20多年來，在智利的ESO甚大望遠鏡的NACO儀器收集到的數百張圖像中的一張，跟蹤著非常接近銀河系中心超大質量黑洞的恆星的運動軌跡，這是其中的一張。ESO/MPE
作為地球上的人類，我們會墜落，我們會掉東西，我們不會從地球上漂浮到太空；從日常生活的角度來看，我們對地心引力有很好的理解。然而，在不同的物理定律中，蓋茲說：“重力是最不可靠的，儘管我們從人類的存在中瞭解到它是最好的。”這項新的研究有助於在更大的範圍內鞏固我們對重力的理解。
Ghez說：“制定正確的定律是非常重要的。”她補充說，即使你沒有正確地理解重力，或者對重力有錯誤的理解-即使是在很小的範圍內-這些錯誤也可能累積在更大的範圍內。
研究人員說，這項工作展示了在超大質量黑洞附近引力是如何作用的，從而提高了科學家對引力及其影響的理解。“在太陽系中，我們現在和某些情況下只能測試物理定律，”ESO系統工程部主任、新研究的合著者弗朗索瓦斯德爾普朗克(Fran Oise Delplancke)在聲明中表示。“因此，在天文學中，檢驗這些定律在重力場更強的地方仍然有效是非常重要的。”
研究人員說，天文學家將繼續觀測和研究S2，並希望不久能顯示廣義相對論對恆星遠離超大質量黑洞時軌道的小範圍旋轉的影響。
這項新研究的結果7月26日發表在“天文學與天體物理學”雜誌上。
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