恆星圍繞銀河系巨型黑洞的運動再次證明了愛因斯坦是正確的
愛因斯坦的廣義相對論完美通過了極端黑洞的測試。一份新的研究報告表明，一顆恆星環繞人馬座A*(Sagittarius A*，銀河系中心的特大質量黑洞）的公轉軌跡精確符合廣義相對論的預測。
德國加興馬克思-普朗克天體物理學研究所負責人、該研究的合著者萊茵哈德•甘澤爾（Reinhard Genzel）在一份聲明中說道：
“愛因斯坦的廣義相對論預測，一個物體圍繞另一個物體運動的約束軌道並不是像牛頓引力理論中那樣是閉合的，而是在運動平面內向前行進。這一著名效應在水星軌道中首次被發現，是第一個支持廣義相對論的有力證據。”
“一百年後，也就是現在，我們在一顆恆星圍繞緻密射電源人馬座A*的公轉軌道上觀測到了相同的效應。”甘澤爾補充道，“這一觀測上的突破為人馬座A*是一個400萬倍太陽質量的特大質量黑洞提供了強有力的證據。”
位於智利的歐洲南方天文臺（ESO ）甚大望遠鏡（VLT）的觀測結果首次揭示：正如愛因斯坦廣義相對論預測的那樣，一顆恆星圍繞銀河系中心特大質量黑洞運動的軌跡形如玫瑰花結，而不是牛頓引力理論所預測的橢圓。在此前從未觀測過恆星繞特大質量黑洞運動的這一效應（史瓦西進動）。這是一幅描繪恆星軌道進動的藝術概念圖，為了視覺效果進行了適當的誇張。（圖片來源：歐南臺（ESO ）/L 卡爾薩達（L. Calçada））
甘澤爾提到的運動叫做史瓦西進動，它描述了天體橢圓軌道的一種旋轉模式。天體軌道最近點的位置每一圈都會發生變化，所以整體來看，軌道形狀就像一個玫瑰花結，而不是一個簡單的、靜態的橢圓。
在此之前，天文學家從未測量過一顆恆星繞特大質量黑洞運動的史瓦西進動。
該研究小組使用位於智利的歐洲南方天文臺甚大望遠鏡 (VLT)，追蹤了一顆名為S2的恆星，該恆星圍繞人馬座A*公轉，距離地球約26,000光年。在27年裡，天文學家使用多種甚大望遠鏡儀器對S2的位置和速度進行了330多次的測量，其中一種儀器叫引力(GRAVITY)，於是該研究小組就取名為引力團組（the GRAVITY collaboration）。
這樣的長時間觀測是獲取S2進動信息的必要條件，因為該恆星繞人馬座A*運行一週需要16個地球年。
“觀測到的進動與廣義相對論的預測完全吻合”，研究人員說：“這說明未來很可能會有進一步發現。”
“S2的進動測量很好地遵循了廣義相對論，使我們能夠嚴格限制人馬座A*周圍
不可見物質（比如瀰漫的暗物質和可能存在的較小黑洞）的數量。”分別來自巴黎天文臺和法國格勒諾布爾行星和天體物理研究所的小組成員蓋·佩林（Guy Perrin）和卡琳·佩勞特（Karine Perraut）共同發表了聲明。她們還補充到:“這對於理解特大質量黑洞的形成和演化具有重大意義。”
這個模擬顯示了軌道非常接近銀河系中心黑洞的一些恆星。其中一顆名為S2的恆星每16年繞軌道運行一週，並在2018年5月靠近黑洞。(圖片來源:歐南臺/L. Calçada / 太空引擎（spaceengine.org)
研究人員說：“這項線上發表在《天文與天體物理學報》（Astronomy & Astrophysics）上的新研究，可能預示著更令人激動的黑洞觀測。即將完成的巨型望遠鏡，比如歐洲南方天文臺的特大望遠鏡（EELT），可以讓天文學家追蹤到比S2更接近人馬座A*的恆星。”
研究小組成員德國科隆（Cologne）大學的安德烈亞斯·埃卡特（Andreas Eckart）說:“幸運的話，我們可能會捕捉到近的可以受到黑洞自旋顯著影響的恆星。這將是檢驗相對論的一個完全不同的層次。”
作者：Mike Wall
FY：Astronomical volunteer team
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