恒星围绕银河系巨型黑洞的运动再次证明了爱因斯坦是正确的
爱因斯坦的广义相对论完美通过了极端黑洞的测试。一份新的研究报告表明，一颗恒星环绕人马座A*(Sagittarius A*，银河系中心的特大质量黑洞）的公转轨迹精确符合广义相对论的预测。
德国加兴马克思-普朗克天体物理学研究所负责人、该研究的合著者莱茵哈德•甘泽尔（Reinhard Genzel）在一份声明中说道：
“爱因斯坦的广义相对论预测，一个物体围绕另一个物体运动的约束轨道并不是像牛顿引力理论中那样是闭合的，而是在运动平面内向前行进。这一著名效应在水星轨道中首次被发现，是第一个支持广义相对论的有力证据。”
“一百年后，也就是现在，我们在一颗恒星围绕致密射电源人马座A*的公转轨道上观测到了相同的效应。”甘泽尔补充道，“这一观测上的突破为人马座A*是一个400万倍太阳质量的特大质量黑洞提供了强有力的证据。”
位于智利的欧洲南方天文台（ESO ）甚大望远镜（VLT）的观测结果首次揭示：正如爱因斯坦广义相对论预测的那样，一颗恒星围绕银河系中心特大质量黑洞运动的轨迹形如玫瑰花结，而不是牛顿引力理论所预测的椭圆。在此前从未观测过恒星绕特大质量黑洞运动的这一效应（史瓦西进动）。这是一幅描绘恒星轨道进动的艺术概念图，为了视觉效果进行了适当的夸张。（图片来源：欧南台（ESO ）/L 卡尔萨达（L. Calçada））
甘泽尔提到的运动叫做史瓦西进动，它描述了天体椭圆轨道的一种旋转模式。天体轨道最近点的位置每一圈都会发生变化，所以整体来看，轨道形状就像一个玫瑰花结，而不是一个简单的、静态的椭圆。
在此之前，天文学家从未测量过一颗恒星绕特大质量黑洞运动的史瓦西进动。
该研究小组使用位于智利的欧洲南方天文台甚大望远镜 (VLT)，追踪了一颗名为S2的恒星，该恒星围绕人马座A*公转，距离地球约26,000光年。在27年里，天文学家使用多种甚大望远镜仪器对S2的位置和速度进行了330多次的测量，其中一种仪器叫引力(GRAVITY)，于是该研究小组就取名为引力团组（the GRAVITY collaboration）。
这样的长时间观测是获取S2进动信息的必要条件，因为该恒星绕人马座A*运行一周需要16个地球年。
“观测到的进动与广义相对论的预测完全吻合”，研究人员说：“这说明未来很可能会有进一步发现。”
“S2的进动测量很好地遵循了广义相对论，使我们能够严格限制人马座A*周围不可见物质（比如弥漫的暗物质和可能存在的较小黑洞）的数量。”
分别来自巴黎天文台和法国格勒诺布尔行星和天体物理研究所的小组成员盖·佩林（Guy Perrin）和卡琳·佩劳特（Karine Perraut）共同发表了声明。她们还补充到:“这对于理解特大质量黑洞的形成和演化具有重大意义。”
这个模拟显示了轨道非常接近银河系中心黑洞的一些恒星。其中一颗名为S2的恒星每16年绕轨道运行一周，并在2018年5月靠近黑洞。(图片来源:欧南台/L. Calçada / 太空引擎（spaceengine.org)
研究人员说：“这项线上发表在《天文与天体物理学报》（Astronomy & Astrophysics）上的新研究，可能预示着更令人激动的黑洞观测。即将完成的巨型望远镜，比如欧洲南方天文台的特大望远镜（EELT），可以让天文学家追踪到比S2更接近人马座A*的恒星。”
研究小组成员德国科隆（Cologne）大学的安德烈亚斯·埃卡特（Andreas Eckart）说:“幸运的话，我们可能会捕捉到近的可以受到黑洞自旋显著影响的恒星。这将是检验相对论的一个完全不同的层次。”
作者：Mike Wall
FY：Astronomical volunteer team
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