事實再次顛覆我們的想象!恆星和愛因斯坦預測的一模一樣!

厲害了!一顆恆星繞著銀河系的黑洞運行,並正按照愛因斯坦的預測移動!再次顛覆我們對這位偉人的想象!

眾所周知,在我們銀河系的中心,距離地球大約26000光年,是一個被稱為人馬座A*的超大質量黑洞。這個天體強大的引力和它周圍密集的星團為天文學家在最極端的條件下測試物理提供了一個獨特的環境。特別是,它為他們提供了一個測試愛因斯坦廣義相對論(GR)的機會。

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例如,在過去的三十年裡,天文學家一直在觀察人馬座a*(S2)附近的一顆恆星,看它的軌道是否符合廣義相對論的預測。而最近科學家用ESO的甚大望遠鏡(VLT)進行的觀測已經完成了一次確認恆星軌道是玫瑰花形的觀測活動,再次證明愛因斯坦的理論是正確的!

我們知道愛因斯坦提出的廣義相對論指出時空的曲率在一個大質量物體的存在下會發生改變。當愛因斯坦在1915年將這一理論正式化時,它使得許多困擾著科學家的問題迎刃而解,其中最重要的是水星的奇怪軌道。到20世紀初,天文學家注意到水星的近日點受到歲差的影響,即它隨時間旋轉。

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大多數恆星和行星的軌道都是橢圓形的,這意味著它們與所環繞的物體之間的距離會發生變化。但是在進動的情況下,他們軌道上最近的點(近日點)圍繞著物體本身旋轉。這就是所謂的Schwarzschild進動,它的運行軌跡像一朵玫瑰花而不是一個橢圓,每一個單獨的軌道都像一朵花的花瓣。

廣義相對論發生了!

巧的是,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並不像牛頓引力那樣是閉合的,而是在運動平面上向前進動。這一著名的效應首次出現在水星圍繞太陽的軌道上,是支持廣義相對論的第一個證據。一百年後,我們現在在銀河系中心的一顆圍繞著緊湊型射電源人馬座a*運行的恆星的運動中發現了同樣的效應。這一觀測突破加強了人馬座A*一定是一個400萬倍太陽質量的超大質量黑洞的證據。

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而這顆恆星的軌道距離地球不到200億公里,也就是太陽和地球之間距離的120倍,這使它成為在圍繞人馬座a*的軌道上發現的最接近的恆星之一。在最近的一次接近中,S2以接近光速3%的速度飛過太空,每16年完成一次軌道飛行。這條長軌道引起了科學家的注意,並對其進行近30年的監測。在跟蹤這顆恆星在其軌道上運行了超過25年後,科學家的精密測量準確地探測到了這顆恆星在其繞人馬座a*的軌道上的歲差。

這些結果證實了廣義相對論,它精確地預測了這顆恆星的軌道隨時間的變化。由於S2的測量非常符合廣義相對論,科學家可以對人馬座A*周圍有多少不可見物質,比如分佈的暗物質或可能更小的黑洞,設定嚴格的限制。這對於理解超大質量黑洞的形成和演化非常有意義。

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這些發現是對該恆星進行27年觀察的結果,不過該觀測大部分依賴於ESO VLT的一組儀器。其中包括重力儀、用於近紅外積分場觀測的光譜儀(SINFONI)和Nasmyth自適應光學系統(NAOS),它們總共測量了330多個恆星的位置和速度。

未來

展望未來,科學家將能夠使用超大望遠鏡(ELT)看到圍繞人馬座A*運行的許多較暗恆星。甚至測量人馬座a*的自轉和質量,從而對其進行表徵,並確定其周圍時空的性質。如果我們幸運的話,我們可能會捕捉到足夠近的恆星,真正感受到黑洞的神秘。


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