围绕黑洞运行的恒星再次证实了广义相对论的预测
文章介绍了在追踪观察一颗名为S2的恒星后证明S2的轨道不是一个固定的位置椭圆，而是一种被称为施瓦西进动的现象，即轨道像螺旋图一样旋转，很好地遵循了广义相对论。
图源：everyeye
正文：
S2是一颗恒星，它绕着银河系中心的超大质量黑洞运行。近期，研究人员通过观测S2，在人们能够监测的最极端环境中验证了广义相对论的预测，为其成立再添实证。
天文学家结合几十年的观测结果，发现S2的运行轨道并非固定不变的椭圆，而是类似玫瑰曲线的形状——这种现象被称为施瓦西进动。
施瓦西进动假想图。图源：ESO
这是首次在超大质量黑洞周围观测到施瓦西进动现象，表明广义相对论也适用于最极端引力环境下的恒星运行轨道。此外，广义相对论方程也可用于准确预测轨道变化——S2运行轨道的计算结果与观测结果精确匹配。
德国马克斯普朗克地外物理研究所 (MPE) 的天体物理学家赖因哈德·根策（ReinhardGenzel）是GRAVITY团队成员，他说：“爱因斯坦在广义相对论中做出预测，一个物体围绕另一个物体运行的轨道并不是像牛顿引力理论那样的闭合曲线，而是在运动平面内向前推进”。
图解：“万有引力”GRAVITY是一种新型仪器，它能将欧洲南方天文台（ESO）甚大望远镜干涉仪（VLTI）的光线连贯地结合在一起，形成相当于130米口径角分辨率和200平方米收集面积的望远镜。图源：ESO
“人们通过监测水星绕行太阳的运行轨道首次观察到了这一著名的现象，这是支持广义相对论成立的首个证据。百年之后，我们又通过观察银河系中心围绕致密射电源人马座A*运行的恒星轨道，发现了同样的现象。”
水星色彩强化图。图源：wallup
S2围绕人马座 A*运行的轨道呈长椭圆形，运行周期16年。当它运行到近星点时，距离黑洞不到17光时，相当于太阳到海王星距离的四倍多。
这样的距离听起来很遥远，但当你面对像人马座 A* 这样的巨型天体时，它近到离谱。并且黑洞的引力作用能将掠过它周围的恒星加速到接近3%的光速。S2是银河系中心运行轨道距离最近的恒星之一。
人马座A*（Sagittarius A*，简写为Sgr A*，星号*读作“star”或“星”）是位于银河系银心一个非常光亮及致密的无线电波源，大约每11分钟自转一圈，属于人马座A的一部分。人马座A*很有可能是离地球最近的特大质量黑洞的所在，因此也被认为是研究黑洞物理的最佳目标。图源：Wikipedia
这并不是人们首次通过观察S2来验证相对论。天文学家自20世纪90年代以来一直在密切关注这颗恒星。2018 年，GRAVITY团队宣布S2在接近人马座 A*时，其光线弯曲方式证实了广义相对论的一项预测，这是迄今为止最为极端的测试环境。第二年，另一个团队用他们自己的论文验证了这些结果，该论文使用的是一组独立观察数据。
GRAVITY团队当前使用的330多个测量值涵盖了从1992年到2019年底的观测数据，用这些数据来验证观测到的进动是否与广义相对论预测相符。结果他们押对了筹码。
MPE的天体物理学家斯特凡·吉勒森 (Stefan Gillessen)说：“在追踪观察恒星S2运行轨道超过二十五年之后，我们通过精密测量发现的证据有力地证实了S2围绕人马座 A*运行轨道存在施瓦西进动现象。”
除此之外，要计算S2的进动，还需获得人马座 A*精确质量。现有证据表明它的质量约为太阳的400万倍。而要拟合观测到的轨道，相对论方程需要的质量参数恰好为太阳质量的400万倍左右。
图解：位于室女座的超巨椭圆星系——室女A星系（M87）核心内的超大质量黑洞，估计质量约为太阳的65亿倍。此影像是由事件视界望远镜所拍摄，是史上首帧黑洞的实际影像。超大质量黑洞是黑洞的一种，其质量是太阳质量的105至109倍（1035至1039千克）。现时一般相信，在所有星系的中心（包括银河系的中心在内）都存在超大质量黑洞。资料来源：Wikipedia
这一发现再次确认了人马座A*的质量。天文学家还可以借此来研究轨道周围的空间。如果附近存在另一个大质量天体，例如中等质量的黑洞，它就会影响轨道。如果轨道未受影响，则说明附近不存在能够影响它的天体。
天体物理学家盖伊·培林（Guy Perrin）和卡林·佩罗（Karine Perraut）分别来自法国巴黎默冬天文台和格勒诺布尔天文台，两人指出：“S2测量结果很好地遵循了广义相对论，我们借此可以严格限定人马座 A*周围存在的不可见物质的范围，例如暗物质或较小黑洞。这对于理解超大质量黑洞的形成和演化具有重要意义。”
从引力透镜产生的效应，星系团CL0024+17内部被发现存在有一个暗物质圈，在这张哈勃太空望远镜像片里以蓝色显示出来。（在宇宙学中，暗物质Dark Matter是指不与电磁力产生作用的物质，也就是不会吸收、反射或发出光。人们目前只能透过重力产生的效应得知，而且已经发现宇宙中有大量暗物质的存在。）资料来源：Wikipedia
仅仅一颗恒星就能给我们传递这么多信息。天文学就是如此奇妙。
该研究已发表在《天文学与天体物理学》上。
BY: MICHELLE STARR
FY: I
如有相关内容侵权，请在作品发布后联系作者删除
转载还请取得授权，并注意保持完整性和注明出处
选文：天文志愿文章组-小圆圈
翻译：天文志愿文章组- I
审核：天文志愿文章组-
终审：天文志愿文章组-零度星系
排版：天文志愿文章组-零度星系
美观：天文志愿文章组-
参考资料
1.WJ百科全书
2.天文学名词
3.原文来自：https://www.sciencealert.com/a-star-dancing-around-a-supermassive-black-hole-is-another-win-for-relativity
本文由天文志愿文章组- I翻译自文章作者MICHELLE STARR的作品，如有相关内容侵权，请在作品发布后联系作者删除。
注意：所有信息数据庞大，难免出现错误，还请各位读者海涵以及欢迎斧正。
结束，感谢您的阅读与关注
全文排版：天文在线（零度星系）
转载请取得授权，并注意保持完整性和注明出处
浩瀚宇宙无限宽广 穹苍之美尽收眼底
联系客服
