引力證實了廣義相對論在銀河系中心巨大黑洞附近的預測

2021-01-15 天文物理

再一次證明愛因斯坦的偉大！昨天7月25日科學家宣布在火星發現液態水湖，引起廣大網友們紛紛熱議，可謂各種美好的想像都有浮現，今天「博科園」要跟大家分享的最新證明是百年前愛因斯坦的相對論理論，你有耳聞吧？歐洲南方天文臺(ESO)的超大型望遠鏡(VLT)首次觀測到愛因斯坦所預言的廣義相對論效應，即當一顆恆星經過人馬座a *(銀河系中心一個巨大黑洞)的強引力場時的運動。這些結果是由德國馬克斯·普朗克地外物理研究所(MPE)領導聯盟獲得，還包括CNRS、巴黎天文臺(PSL)、格勒諾布爾-阿爾卑斯大學和幾所法國大學。


人馬座A*和星團。圖片：Paris Observatory / LESIA


博科園-科學科普：這些發現是在智利ESO望遠鏡的26年觀察的頂峰，由協會於2018年7月27日在天文學和天體物理學上發表。人馬座A* (Sgr A*)位於銀河系的中心，距離地球26000光年。這個黑洞的質量是太陽的400萬倍，它的周圍環繞著一個星團（S恆星）當它們接近黑洞時，其速度達到令人難以置信的速度。廣義相對論描述了物質對恆星運動的影響，更具體地說，在這種情況下，黑洞對周圍恆星的影響。Sgr A*的恆星位於銀河系最強大的引力場中，是測試愛因斯坦廣義相對論的完美實驗室。


天文學家使用了三顆VLTs——NACO, SINFONI，以及最近的引力（跟蹤一顆Sgr A*系統中的一顆恆星）S2——在2018年5月19日經過黑洞附近前後。引力達到了50微弧秒的解析度：從地球上可以看到一個網球落在月球上的角度。這種精確度使我們能夠儘可能地探測到靠近黑洞的S2的逐小時運動。當S2以僅為地球與太陽距離120倍的距離經過Sgr A*時，它的軌道速度達到了8000千米/秒：光速的2.7%。這些極端條件足以使S2星受到廣義相對論的影響。



通過結合先前使用NACO和SINFONI進行的測量，加上重力對S2位置的精確，天文學家能夠探測到愛因斯坦預測的重力紅移。紅移影響引力場中的光源，這裡是黑洞。這種現象產生了波長向光譜中紅色部分的偏移，這是由測量儀器檢測到的。這是第一次在黑洞的引力場中測量這種效應。這些結果與廣義相對論的理論是完全一致的(並沒有解釋牛頓的理論，排除了這種變化)。它們是更好地理解強引力場影響的重大突破。幾個月後將會檢測到由於重力引起的S2軌道的變化，並可能得出黑洞周圍質量分布的信息。


博科園-科學科普｜參考期刊文獻 :《 Astronomy & Astrophysics》｜研究/來自：CNRS，Astronomy & Astrophysics (2018). DOI: 10.1051/0004-6361/201833718

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