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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 。
【再次证实！爱因斯坦是对的！广义相对论预测很给力】
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 。
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