一次長(zhǎng)時(shí)間跨度的測(cè)量表明，一顆恒星圍繞銀河中超巨黑洞的運(yùn)轉(zhuǎn)軌跡有所改變。

上圖為某藝術(shù)家關(guān)于某星圍繞銀河中心超巨黑洞運(yùn)行軌跡的概念圖。需要澄清的是，這一示意圖中對(duì)進(jìn)動(dòng)效應(yīng)有所夸張：相鄰軌跡遠(yuǎn)點(diǎn)的實(shí)際偏移（橢圓軌跡頂點(diǎn)）應(yīng)當(dāng)小于一毫角秒，或者說(shuō)，小于百萬(wàn)分之一度。

ESO / L. Cal?ada

一個(gè)國(guó)際天文小組報(bào)告了某星繞銀河中心超巨黑洞運(yùn)轉(zhuǎn)軌道的進(jìn)動(dòng)情況。這一結(jié)果符合愛(ài)因斯坦相對(duì)論對(duì)引力的預(yù)測(cè)，并且如果此報(bào)告被證實(shí)，那么它將作為向我們展示黑洞如何扭曲時(shí)空的一個(gè)新例證。

人馬座A，是緊密?chē)@在銀河中心超巨黑洞運(yùn)行的幾十顆星中的一個(gè)，但它距離黑洞也有26,000光年，并被巨大的星塵云團(tuán)所遮掩，除了使用地上最強(qiáng)力的紅外望遠(yuǎn)鏡則無(wú)法觀測(cè)這些明亮的恒星。不過(guò)即使用這樣的設(shè)備，觀測(cè)時(shí)它們看上去也如同一團(tuán)移動(dòng)的波爾卡圓點(diǎn)一般。

兩個(gè)團(tuán)隊(duì)，一個(gè)由雷恩哈德·根澤爾（德國(guó)馬克思·普朗克外星物理中心）帶隊(duì)，另一個(gè)由安德烈婭·蓋茲（美國(guó)洛杉磯加州大學(xué)）領(lǐng)導(dǎo)，已深耕此領(lǐng)域超二十載。他們身處領(lǐng)域前沿，正在不斷使用最新的科技和設(shè)備攻堅(jiān)黑洞領(lǐng)域。兩個(gè)團(tuán)隊(duì)間的競(jìng)爭(zhēng)讓他們保持著最好的關(guān)系——惺惺相惜又互相鞭策。

這次是德國(guó)的團(tuán)隊(duì)發(fā)表了新的結(jié)果：兩個(gè)團(tuán)隊(duì)所做的有關(guān)愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論兩個(gè)測(cè)驗(yàn)中的有關(guān)宇宙中心的第二個(gè)測(cè)驗(yàn)。

恒星玫瑰型軌跡

同星體們?cè)谫N近黑洞這樣的引力環(huán)境下穿越而過(guò)這種情況相比，在太陽(yáng)系中并無(wú)相似范例可供我們探查。特別地，有顆星能夠提供關(guān)鍵的信息：一個(gè)明亮的擁有巨大質(zhì)量的B型恒星，被德國(guó)團(tuán)隊(duì)稱(chēng)作S2，也被美國(guó)團(tuán)隊(duì)稱(chēng)作S02。這顆星比其他星體更接近黑洞——大約120個(gè)天文單位，或者說(shuō)是四倍海王星到太陽(yáng)的距離。事實(shí)上，它是如此得近，以至于它都會(huì)短暫地進(jìn)入到黑洞的時(shí)空引力井中。它的這一被（相對(duì)論效應(yīng)）顯著延長(zhǎng)的十六年公轉(zhuǎn)周期能夠讓天文學(xué)家們驗(yàn)證愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論的兩個(gè)預(yù)測(cè)：引力紅移效應(yīng)和軌道進(jìn)動(dòng)效應(yīng)。

通過(guò)對(duì)S2最近在2018年經(jīng)過(guò)黑洞時(shí)的觀察，兩個(gè)團(tuán)隊(duì)都成功觀測(cè)到了引力紅移：在通過(guò)引力井時(shí)，恒星所發(fā)出的光短暫地變紅（光的波長(zhǎng)變長(zhǎng)）。2018年根澤爾的團(tuán)隊(duì)發(fā)表了這一結(jié)果，蓋茲的團(tuán)隊(duì)于2019年也發(fā)表了這一結(jié)果。

現(xiàn)在，德國(guó)團(tuán)隊(duì)聲稱(chēng)他們已經(jīng)測(cè)量了這一恒星的軌道進(jìn)動(dòng)。

在廣義相對(duì)論中，在巨大質(zhì)量的周?chē)?，引力不同于牛頓力學(xué)所描述的那樣。這一巨大質(zhì)量的物體扭曲了時(shí)空，而在這一點(diǎn)上，牛頓力學(xué)則并無(wú)闡述。當(dāng)某星途經(jīng)這一扭曲的時(shí)空，它的運(yùn)行軌跡受到影響而有所偏離，輕微改變了入射角。這改變了它近黑洞部分的軌道。這一偏移近質(zhì)心點(diǎn)的效應(yīng)改變了這顆星的運(yùn)行軌跡——積累之下，這顆星就會(huì)畫(huà)出玫瑰狀的軌跡（如上圖），而不是一個(gè)單純的橢圓。

我們也能在太陽(yáng)系中看到這一軌道進(jìn)動(dòng)。水星繞太陽(yáng)轉(zhuǎn)動(dòng)的進(jìn)動(dòng)，有一大部分源自于其他行星的影響。但是廣義相對(duì)論可以解釋牛頓力學(xué)所計(jì)算出的結(jié)果與觀測(cè)值相差的那一“迷”之部分。對(duì)太陽(yáng)系最內(nèi)行星的運(yùn)動(dòng)（的進(jìn)動(dòng)部分）提供解釋有助于驗(yàn)證愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論對(duì)引力描述的正確性。

德國(guó)團(tuán)隊(duì)花費(fèi)了19年，收集了超300張圖像和頻譜測(cè)量，使用各類(lèi)器具器材，來(lái)觀測(cè)這一進(jìn)動(dòng)現(xiàn)象。這一觀測(cè)追蹤S2繞Sgr A黑洞運(yùn)行了一圈多。在它們最近的時(shí)候，此星繞行黑洞的速度達(dá)到每秒7,700公里，也就是超過(guò)了2%的光速。

德國(guó)團(tuán)隊(duì)通過(guò)對(duì)比他們自己建立的銀河中心參照系與S2的運(yùn)動(dòng)軌跡，他們發(fā)現(xiàn)了12角分（0.2度）的進(jìn)動(dòng)，并將這一結(jié)論發(fā)表在《天文學(xué)與天文物理學(xué)（四月刊）》這一期刊上。觀測(cè)結(jié)果符合廣義相對(duì)論的預(yù)測(cè)。

這一玫瑰型恒星軌跡恐成孤例

對(duì)于德國(guó)團(tuán)隊(duì)中主導(dǎo)分析部分的斯蒂芬·吉利森來(lái)說(shuō)，這一結(jié)果無(wú)疑是令人興奮的。在他十五年前加入這一團(tuán)隊(duì)的求職面試中，他們就討論了這一計(jì)劃?！啊彼f(shuō)。

但是蓋茲則是謹(jǐn)慎的，她的團(tuán)隊(duì)正在基于其獨(dú)立的觀測(cè)進(jìn)行著分析。“這一測(cè)量十分困難，需要萬(wàn)分謹(jǐn)慎。”她說(shuō)。不只是因?yàn)楸挥^測(cè)的星體只是在圖片上擠在一起的許多光點(diǎn)中的一個(gè)，還有兩個(gè)團(tuán)隊(duì)在多年中使用了很多觀測(cè)設(shè)備——每個(gè)設(shè)備都難以稱(chēng)得上是完美的。她說(shuō)，每當(dāng)使用設(shè)備時(shí)，都會(huì)增加不確定性。從新聞中看，她很擔(dān)心德國(guó)團(tuán)隊(duì)并未考慮到這一不確定因素?！昂芨吲d看到這一結(jié)論”，她說(shuō)，“但似乎并不成熟?！?/p>

但吉利森則對(duì)他們的工作十分有信心?！安还芪覀?cè)趺醋龇治?，這一效應(yīng)就在這里?！彼f(shuō)。

德國(guó)團(tuán)隊(duì)測(cè)量結(jié)果的一個(gè)推論應(yīng)當(dāng)予以關(guān)注：銀河中心黑洞周邊不可能有第二個(gè)大型黑洞相伴運(yùn)行。而一旦中心黑洞的質(zhì)量被考慮了，那么S2的軌跡之中就排除了任何大于1000倍太陽(yáng)質(zhì)量的星體隱藏在它的軌道之中。相似地，蓋茲和她的同事在之前的工作就是排除了10,000+倍太陽(yáng)質(zhì)量的伴星藏匿其中的可能性。有些天文學(xué)家這些年推測(cè)銀河中心黑洞是否可能有伴星，但考慮到這些測(cè)量結(jié)果，任何可能的其他黑洞都應(yīng)該與其距離很遠(yuǎn)。

BY:?CAMILLE M. CARLISLE?

FY: Pluto Jupiter

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