廣義相對論再次被驗證!黑洞周圍恆星上演「玫瑰舞」

2020-12-14 新浪科技

來源:新浪科技

天文學家利用歐洲南方天文臺甚大望遠鏡觀測到這顆恆星,發現該恆星的運行軌跡猶如玫瑰花結。廣義相對論認為宇宙空間、時間和引力存在相互作用,並且像黑洞這樣大質量天體能夠扭曲其周圍的空間,影響周圍恆星的運行軌跡。

新浪科技訊 北京時間4月17日消息,據國外媒體報導,目前,天文學家首次觀測到一顆恆星環繞銀河系中心超大質量黑洞運行,而這顆恆星在黑洞周圍閃爍舞動,正好符合阿爾伯特·愛因斯坦的廣義相對論的預測結果。

這項最新研究報告發表在4月16日出版的《天文學與天體物理學雜誌》上。天文學家利用歐洲南方天文臺甚大望遠鏡觀測到這顆恆星,發現該恆星的運行軌跡猶如玫瑰花結。廣義相對論認為宇宙空間、時間和引力存在相互作用,並且像黑洞這樣大質量天體能夠扭曲其周圍的空間,影響周圍恆星的運行軌跡。

艾薩克·牛頓的引力理論認為恆星運行軌道應當像一個橢圓,但事實並非如此,這種玫瑰花結的恆星軌道支持著愛因斯坦的廣義相對論。愛因斯坦的廣義相對論預測——某天體圍繞另一個天體的束縛軌道不是封閉的,不像牛頓萬有引力定律那樣,它是在運動平面上向前。

 特殊效應

首次在水星軌道發現的太陽引力作用,是支持廣義相對論的第一個證據,100多年後的今天,我們發現環繞銀河系中心人馬座A*緻密射電源的一顆恆星存在類似的特徵,該觀測進一步驗證了人馬座A*是一個太陽質量400萬倍的大質量黑洞。

人馬座A*是銀河系中心的一個超大質量黑洞,距離太陽26000光年,我們的太陽系位於銀河系一個巨大旋臂邊緣。在黑洞周圍存在高密度恆星群,最新觀測到這顆恆星就位於高密度恆星群,它被命名為S2,在不足200億公裡的直徑範圍內與黑洞保持「親密接觸」。

它是距離黑洞最近的恆星之一,當它接近黑洞的時候,該恆星以3%的光速運動,繞黑洞運行一周需要16個地球年。馬克斯·普朗克地外物理研究所在跟蹤分析這顆恆星在其軌道上運行25年後,精密測量技術在人馬座A*周圍探測到了S2恆星的「史瓦西進動(Schwarzschild precession)。

恆星軌道通常不是完美的圓形,相反,在恆星自轉過程中,會向內或者向外移動。S2恆星與黑洞的最近距離每次都會改變,這將促進其形成玫瑰花的軌道結構,廣義相對論能夠預測軌道的變化。

黑洞不再神秘

廣義相對論也使我們更深入了解銀河系中心的空間環境,由於該區域被銀河系的氣體和塵埃籠罩,因此我們很難從較遠的距離進行觀測。

對S2恆星的27年觀測驗證了廣義相對論,同時研究人員還分析了恆星光線在接近黑洞時的延伸方式。之前的研究結果表明,恆星釋放的光線符合廣義相對論,現在我們證明S2恆星在人馬座A*周圍的軌道呈現玫瑰花結構,證實了該黑洞的強大引力作用。

未來的新型望遠鏡,例如:歐洲南方天文臺的極大望遠鏡,將觀測到那些更靠近黑洞的微弱恆星。如果足夠幸運的話,就能觀測到非常接近黑洞的恆星,它們能夠真正感受到黑洞的旋轉,這將為檢驗廣義相對論提供一個完全不同的理論支持。(葉傾城)

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