愛因斯坦又對了,恆星軌道真的是玫瑰花形

愛因斯坦又對了,恆星軌道真的是玫瑰花形

愛因斯坦是對的:最近,天文學家證明了廣義相對論的另一種預測是正確的---銀河系中心的黑洞改變了附近恆星的運動軌道,隨著時間的推移,這些軌道最終會形成玫瑰花形(上圖),這是研究人員首次證明這種所謂的Schwarzschild進動。

廣義相對論構成了我們物理世界觀的基礎,阿爾伯特·愛因斯坦(Albert Einstein)於100多年前就制定了該標準,到目前為止,他的預測和方程式大部分已經被證明,但是還有其他一些可以從愛因斯坦理論中推導出的現象尚未被證明,比如“橢圓形軌道會繞黑洞不斷變換角度,最終形成玫瑰花形”這個推測。

一個大物體的引力會彎曲時空,從而使繞該物體運動的天體軌道發生微妙的變化,愛因斯坦這一相對著名的推測是首次在水星繞太陽的軌道上被觀測到,是廣義相對論有效性的第一個證據。具體來說,根據傳統的開普勒的天體力學,水星行星的橢圓軌道應始終在空間的同一點處到達距太陽最近的點;但是愛因斯坦的理論預測,這個近日點甚至整個軌道都在不斷變化,從長遠來看,水星的軌道會繞黑洞以類似玫瑰花形狀鋪開。

愛因斯坦又對了,恆星軌道真的是玫瑰花形

最近,來自“Gravity Collaboration”組織的天文學家們在銀河系中心黑洞周圍發現了這種所謂的Schwarzschild進動,證實了黑洞的確會導致這樣的現象。 他們觀察的對象是S2恆星,這顆恆星每16年繞中心黑洞旋轉一次,它距離射手座A*200億公里,光只要走17個小時就能到達。

為了重建這顆恆星的軌道,天文學家使用了智利超大型望遠鏡(VLT)的觀測數據,該數據可以追溯到30年前。 VLT的四臺望遠鏡可以相互連接,以使其分辨率與130米單筒望遠鏡的分辨率相對應。只有這樣,才能以所需的精度跟蹤S2的位置及其軌道的位置。

愛因斯坦又對了,恆星軌道真的是玫瑰花形

完美的玫瑰花形

結果:恆星S2的每個繞黑洞公轉軌道之間移動0.196至0.272度。正如愛因斯坦所預言的那樣,這顆恆星表現出Schwarzschild進動:其橢圓軌道隨時間旋轉並因此形成玫瑰花結。研究人員的報告說,觀測到的軌道偏移程度也與相對論確定的值非常吻合,為0.202度。

天文學家說:“我們的觀測結果與廣義相對論完全吻合。”因此,該觀察首次證明了愛因斯坦預測的相對論軌道效應在超大質量黑洞附近也是有效的。

發現隱藏的“伴侶”的證據

另一方面,測得的S2軌道進動也提供了有關這個黑洞附近還隱藏著什麼的信息。 “由於S2的測量結果很好地遵循了相對論,因此我們可以對射手座A *周圍存在多少不可見物質(例如分佈的暗物質或較小的黑洞)進行嚴格的計算。” Gravity Collaboration的天文學家解釋說。

最後,研究人員得出的結論是,該中心黑洞附件還有另一個黑洞,但其質量最多隻有100個太陽質量,這遠低於之前的假設。此外,他們還算出,該黑洞附近擴散的氣體雲或暗物質的積聚不超過8000太陽質量。


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