银河系中心的黑洞开出了一朵“花”

贺老师

最近天文学家通过欧洲南方天文台甚大望远镜，在银河系中心发现了一个奇妙的景象——一颗恒星围绕超大质量黑洞翩翩起舞，不停转圈，不断地改变“近黑点”的位置，在太空中开出了一朵巨大的“花”。

艺术家笔下描绘的“史瓦西进动”。ESO / L. Cal?ada

这朵“花”是爱因斯坦广义相对论正确性的又一证明，同时又表明牛顿力学不完备——牛顿引力论认为，在这种情况下，恒星应该沿固定椭圆轨道运行。

主持研究的德国马克斯·普朗克地外物理研究所主任Reinhard Genzel表示，根据爱因斯坦广义相对论，一个天体如果围绕另一个天体运行，其轨道不是封闭的，而是会在其运行平面上“旋进”。

人类首次观测到这种“旋进”或“进动”，是在围绕太阳运行的水星身上。水星的“进动”是广义相对论获得的首个证明。一百年后，人类又在围绕银心射电源人马座A*——一个质量相当于太阳400万倍的超大质量黑洞运行的恒星身上发现了这种现象。

银心射电源人马座A*距离我们约26000光年。天文学家认为，它其实就是一个超大质量黑洞。而在人马座A*的身边，还有一个密度很大的星团包围着它。

围绕黑洞运行的银心恒星。ESO / L. Cal?ada / spaceengine.org

在星团诸多围绕黑洞运行的恒星中，有一颗名叫S2。它最近能够到达距离人马座A*只有200亿千米的地方（相当于地球和太阳距离的120倍）。S2是迄今为止人类发现的距离人马座A*最近的环黑洞恒星之一。在抵达距离黑洞最近点时，S2的相对运行速度可以达到光速的3%。

S2每16年环绕黑洞运行一次。在其围绕黑洞运行的过程中，恒星和黑洞距离最近的那个点，每一次都会偏离上一次的位置，在公转平面上，沿着一个围绕黑洞的近圆形轨迹向前移动。

这就是所谓的“进动（precession）”。发生“进动”的天体运行轨迹会在太空中开出一朵“花”。而这朵“花”的形状，可以根据广义相对论进行准确的推断。具体到黑洞和恒星，这样的“进动”还有一个专属的名称，叫“史瓦西进动（Schwarzschild precession）”。这是天文学家首次观测到“史瓦西进动”。

由于S2的公转周期长达16年，为了观测到完整的过程，天文学家对S2进行了为期27年的跟踪。2018年，同一个科研小组在S2身上观测到了广义相对论预言的另外一种现象：当S2通过“近黑点”时，其发出的光波长被拉伸。

研究人员相信，人们未来会在黑洞周围看到更加昏暗的恒星，并在它们身上感受黑洞自转产生的效应。天文学家将能对黑洞的自转和质量这两大特点进行测定，并描述黑洞周围时空的特性。

银心方向的可见光银河。由于大量星际尘埃的遮蔽，从地球方向很难直接看到银心的全貌。ESO / 数字化巡天2期

参考：

ESO Telescope Sees Star Dance Around Supermassive Black Hole, Proves Einstein Right
https://www.eso.org/public/news/eso2006/

Detection of the Schwarzschild precession in the orbit of the star S2 near the Galactic centre massive black hole
https://www.eso.org/public/archives/releases/sciencepapers/eso2006/eso2006a.pdf

原文地址：今日头条