在我們銀河系的中心，有數(shù)百顆恒星緊緊圍繞著一個(gè)超大質(zhì)量黑洞運(yùn)行。這些恒星中大多數(shù)都有足夠大的軌道，這些恒星的運(yùn)動(dòng)可以用牛頓引力和開普勒運(yùn)動(dòng)定律來描述。

但有幾顆軌道卻非常接近，只能用愛因斯坦的廣義相對(duì)論才能準(zhǔn)確描述。其中軌道最小的恒星被稱為S62，它距離黑洞最近，移動(dòng)速度超過光速的8%，銀河系中心超大質(zhì)量黑洞被稱為人馬座A*(SgrA*)。

人馬座A*黑洞質(zhì)量約為400萬個(gè)太陽，天文學(xué)家之所以知道這一點(diǎn)，是因?yàn)閲@它運(yùn)行的恒星。幾十年來，天文學(xué)家一直在追蹤這些恒星的運(yùn)動(dòng)。通過計(jì)算它們的軌道，可以確定人馬座A*黑洞的質(zhì)量。近年來，天文觀測(cè)變得如此精確，以至于天文學(xué)家可以測(cè)量出比黑洞質(zhì)量更多的東西，可以檢驗(yàn)我們對(duì)黑洞的理解是否準(zhǔn)確，研究最多的是圍繞人馬座A*黑洞運(yùn)行的恒星被稱為S2。

S2是一顆明亮的藍(lán)色巨星，每16年繞黑洞一圈，在2018年S2最近地接近了黑洞，讓天文學(xué)家有機(jī)會(huì)觀察到一種被稱為引力紅移的相對(duì)論效應(yīng)。如果你把球拋向空中，它會(huì)在上升時(shí)減速。如果你向天空照射一束光，光不會(huì)減速，但重力確實(shí)會(huì)帶走它的部分能量。因此，光束在飛引力井時(shí)會(huì)發(fā)生紅移。天文學(xué)家在實(shí)驗(yàn)室中觀察到了這種效果，但S2讓我們有機(jī)會(huì)在現(xiàn)實(shí)世界中看到它。

果然，在近距離接近時(shí)，S2的光正如預(yù)期的那樣變成了紅色。多年來，S2一直被認(rèn)為是最接近SgrA*黑洞的恒星，但后來S62被發(fā)現(xiàn)了。正如一個(gè)研究小組現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)的那樣，這顆恒星的質(zhì)量大約是太陽的兩倍，每10年繞黑洞一周。根據(jù)計(jì)算，在距離最接近的情況下，速度接近光速的8%。這是如此之快，以至于時(shí)間膨脹開始發(fā)揮作用，在S62的一個(gè)小時(shí)將持續(xù)大約100地球分鐘。

由于距離人馬座A*黑洞很近，S62并不遵循開普勒式的軌道，它不是一個(gè)簡(jiǎn)單的橢圓，而是一個(gè)螺旋圖運(yùn)動(dòng)，它的軌道在每個(gè)周期大約前進(jìn)10度。這種相對(duì)論進(jìn)動(dòng)最初是在水星軌道上觀察到的，但影響很小。在未來的2022年秋天，S62將再次近距離接近人馬座A*黑洞，它應(yīng)該可以讓天文學(xué)家比接近S2更精確地測(cè)試相對(duì)論的影響。研究使用甚大望遠(yuǎn)鏡和近紅外儀器光譜儀在近紅外積分場(chǎng)觀測(cè)(SINFONI)和NAOS+NACO：

對(duì)這個(gè)S系成員進(jìn)行了SgrA*黑洞完整軌道的監(jiān)測(cè)，從去卷積圖像中推導(dǎo)出位置信息，研究將Lucy-Richardson算法應(yīng)用于數(shù)據(jù)集。NACO的觀測(cè)覆蓋了2002年至2018年的數(shù)據(jù)，SINFONI的數(shù)據(jù)涵蓋了2008-2012年?？梢栽趦蓚€(gè)數(shù)據(jù)集中可靠地跟蹤S62。此外為2019年的數(shù)據(jù)改編了一個(gè)Keck數(shù)據(jù)點(diǎn)，該數(shù)據(jù)點(diǎn)支持在S2中心附近通過后重新識(shí)別S62。

博科園｜文：Brian Koberlein/Universe Today

參考期刊《天體物理學(xué)》

DOI: 10.3847/1538-4357/ab5afd

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