超大質量黑洞周圍的恆星舞動:再次驗證了愛因斯坦廣義相對論

2020-12-05 老王來話聊

一顆恆星被發現在銀河系中心的超大質量黑洞周圍跳舞,它的軌道被發現形狀不像橢圓,而是像一個玫瑰花結,正如愛因斯坦的相對論預測的那樣。S2星每16年繞銀河系中心的超大質量黑洞人馬座A*運行一周,距離太陽26,000光年。

它是距離這個巨大黑洞第二近的恆星,它的位置為檢驗愛因斯坦的廣義相對論提供了一個絕佳的實驗室。關於愛因斯坦理論的一些預測已經在這顆恆星上得到了驗證,這些預測都獲得了成功。

愛因斯坦的廣義相對論預言,一個物體圍繞另一個物體的束縛軌道不是封閉的,不像牛頓引力那樣,而是在運動平面上向前進。

這一著名的效應最初是在水星圍繞太陽的軌道上發現的,它是支持廣義相對論的第一個證據,」馬克斯·普朗克地外物理研究所主任Reinhard Genzel說。

「一百年後的今天,我們在圍繞銀河系中心的緻密射電源人馬座a *運行的一顆恆星的運動中發現了同樣的效應。」

「在跟蹤這顆恆星在其軌道上運行了25年多之後,我們的精密測量技術在它環繞人馬座a *的軌道上,有力地探測到了S2的史瓦西歲差,」同樣來自MPE的、領導測量分析的斯特凡吉勒森在一份聲明中說。

這不是第一次由廣義相對論預測和解釋的軌道歲差。根據牛頓的引力理論,行星圍繞太陽的軌道是橢圓形的。但眾所周知,水星有一個奇怪的蛋形軌道。愛因斯坦的廣義相對論指出,行星的橢圓並不是靜止不動的,而是緩慢運動的,表現出所謂的進動。

但是以前從未測量過圍繞黑洞運行的恆星的進動。令人興奮的是,這不僅是對廣義相對論的檢驗,它還提供了有關銀河系中心物質和大質量物體分布的關鍵信息。

「這對理解超大質量黑洞的形成和演化具有重大意義。」今年早些時候,天文學家發現了S62,這是一顆比S2更接近人馬座a *的恆星。

S2距離黑洞不到200億公裡,可能還有更近的恆星。ESO即將推出的超大望遠鏡可能會發現更近更暗的恆星,擴展到我們可以測量的範圍。

「如果我們足夠幸運,我們可能會捕捉到足夠近的恆星,讓它們能夠真正感受到黑洞的旋轉和自旋,」科隆大學的安德烈亞斯·埃卡特說,他是該項目的另一名首席科學家,「這將再次成為檢驗相對論的一個完全不同的層面。」

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