恆星運動軌跡證實愛因斯坦廣義相對論的預言

愛因斯坦在科學上的成就在百年來可以說無人可及。但是,因為超前的理論,其相對論自誕生以來一直被質疑。然而,隨著科學技術的發展,我們觀測宇宙的技術越來越先進,不管是尺度還是精度都日漸提高,相對論裡的理論也隨之一點點被所觀測現象證實。


恆星運動軌跡證實愛因斯坦廣義相對論的預言

恆星S2繞人馬座A黑洞公轉軌跡

一顆名為S2的恆星繞銀河系中心超大質量黑洞旋轉。科學家們數十年來對S2運行軌道進行觀察,發現其軌道並非一個固定的橢圓,而是像一個螺旋圖像一樣規律變動,這一現象被稱為Schwarzschild進動,從而證明了廣義相對論的預測。

這是首次在超大質量黑洞周圍探測到Schwarzschild進動,證明即使在最極端的引力環境中來觀察天體運行軌跡,相對論預測仍是正確的。

廣義相對論方程可以用來精確的預測天體運行軌道的變化,而方程計算結果與數十年來科學家對S2的觀察結果非常吻合。


恆星運動軌跡證實愛因斯坦廣義相對論的預言

德國天體物理學家雷因哈德·根澤爾說:“愛因斯坦的廣義相對論預言,一個物體圍繞另一個物體的束縛軌道並不像牛頓引力那樣是閉合的,而是在運動平面上前進的過程。這一理論曾經在水星圍繞太陽的軌道上得到證實,也是廣義相對論的第一個證據。一百年後的今天,在銀河系的中心,我們發現了同樣的廣義相對論效應。”

S2繞銀河系中心黑洞(人馬座A)的公轉週期為16年。它是銀河系中心最接近黑洞的恆星之一,與黑洞的距離只有太陽到海王星距離的四倍多。這個距離在我們太陽系中,似乎非常遙遠,但是放到人馬座A黑洞這樣的巨無霸周圍,確實近的驚人。黑洞的引力作用使得S2公轉速度非常快甚至達到光速的3%左右。

1992年以來,科學家對S2持續觀察,在2018年和2019年,就曾根據數據推斷廣義相對論的正確,而這次重力協作組織總結了從1992年至2019年底的330多個觀測數據從而得出S2公轉軌道Schwarzschild進動與廣義相對論預測相符的結論。同時也完全掩蓋了曾經對此發表的各種結論的光芒。


恆星運動軌跡證實愛因斯坦廣義相對論的預言

科學家們不僅僅只是發現了S2進動與廣義相對論吻合,通過觀測,證據表明人馬座A黑洞的質量約為太陽質量的400萬倍,而通過相對論方程計算,人馬座A黑洞的質量同樣與之吻合。由此,還可以精準推出人馬座A周圍微小黑洞存在的可能以及暗物質是否存在等等,這對於理解超大質量黑洞的形成和演化具有重大意義。

這項研究被髮表在天文學和天體物理學上。

廣袤的宇宙中存在太多的神秘,而我們人類卻只有聽、視、嗅、味、觸這五種方式來對其感知,且這些感知範圍對宇宙存在來說還都很狹窄。對宇宙觀察越深,越發現人來的渺小,期待科學的力量給我們帶來更廣泛的方式來認識宇宙,接觸宇宙,開發宇宙。


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