人类首见恒星在超大质量黑洞边徘徊，如爱因斯坦所料花式走位

badmanchan

如果一颗恒星在超大质量黑洞的边缘“疯狂试探”，它的走位是什么样？经典的牛顿引力理论认为是椭圆形，而爱因斯坦在百年前提出的广义相对论则预测是复杂的玫瑰花形。

4月16日，欧洲南方天文台（ESO）宣布经过27年的努力，人类终于通过甚大望远镜（VLT）描绘出了这样一颗绕着我们的银河系中心黑洞运动的恒星。它的轨迹显示，爱因斯坦又一次对了。

事实上，我们印象中天体闭合的椭圆轨道只是一种简单的近似结果。广义相对论考虑到了许多复杂的因素，认为天体走完一圈椭圆之后，下一圈椭圆会出现轻微的偏差，每一圈椭圆犹如一片花瓣，最后旋接成一朵“玫瑰花”。

这个现象被称作“史瓦西进动”，以行星绕恒星为例，就是恒星轨道从最靠近恒星的“近日点”出发，绕完一圈不会回到原来的位置，而是不断发生有规律的旋进。

对于我们的地球而言，这种进动造成的偏差几可忽略不计，但对于更靠近太阳的水星而言，就明显得多。早在1859年，法国天文学家勒维耶就发现水星的轨道近日点在变化，即使考虑到岁差以及地球、金星等邻近天体造成的影响，与牛顿引力理论的偏差也达到了约每世纪偏43角秒。科学家们一度怀疑，在水星轨道之内还有颗更靠近太阳的“火神星”。

“火神星”当然并不存在，真正的偏差在于人类对引力的认知。当引力场强到一定程度，牛顿经典理论就不再适用，必须请出更高级的学问。水星的“迷之走位”后来成了爱因斯坦广义相对论的最早一个证据。

那么，如果是一颗恒星绕着黑洞旋转，在极端引力场里能否也开出一朵玫瑰花？

距离太阳26000光年之遥的银河系中心，就蛰伏着一个超大质量黑洞人马座A*，附近盘旋着密密麻麻的星团，为科学家们提供了一个天然的极端物理现象实验室。

其中，有一颗记作S2的恒星最为大胆，距离黑洞只有200亿公里（约120倍日地距离），每隔16年就完成一周公转。当它在最近点飞掠过黑洞时，速度可达到将近3%光速。

位于德国加兴的马克斯·普朗克外星物理学研究所（MPE）的一个研究团队，利用智利阿塔卡玛沙漠里的甚大望远镜持续追踪它27年，

为了描绘S2的复杂轨道运动，他们总共进行了330多次观测，标记了海量位置和速度数据。恒星绕黑洞的“史瓦西进动”终于获得确凿的验证。

MPE所长根则尔（Reinhard Genzel）同时表示，这项突破性发现也坐实了人马座A*的性质：它是个约为400万倍太阳质量的超大质量黑洞。

此外，关于银河系中心的其他一些迷雾，如暗物质的比重、是否存在其他小型黑洞，相关观测结果也给出了新的限制。

S2并非最靠近人马座A*的恒星。如果更高级的39米口径“极大望远镜”建成，科学家们相信能找到隐藏在黑洞更近处的恒星，借助它们更深刻地感受人马座A*的自旋和质量，定义其周围的时间和空间。这又上升到了更深层面的广义相对论。(虞涵棋)

原文地址：今日头条