等待16年后,天文学家将在银心黑洞身上再一次检验广义相对论

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银心黑洞人马座A*发出的X射线闪光。

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等待16年后,天文学家将在银心黑洞身上再一次检验广义相对论

S0-2是近距离围绕银心黑洞运行的少数几颗恒星之一(S0-2的轨道为浅蓝色)。几个月后,S0-2将到达“近黑点”。天文学家将借此机会对爱因斯坦的广义相对论进行检验。

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凯克天文台 / UCLA 银心研究小组

在距离我们26000光年的银河系中心,潜伏着一个巨大的黑洞。这个黑洞名叫人马座A*,它的质量可以达到太阳的400万倍。恒星如果靠近这样的黑洞,从黑洞的外围掠过,它们的飞行速度会被加速到每小时3000万公里,几乎可以达到光速的3%。

天文学家在银心黑洞附近发现过不少这样的恒星。其中的一颗编号为S0-2。在对其进行了长达16年的监视后,天文学家终于可以预言,这颗恒星将于未来几个月内近距离飞掠人马座A*。

天文学家十分期待这次飞掠,因为这是一个千载难缝的机会,可以让我们对爱因斯坦广义相对论的又一个预言进行检验。

爱因斯坦的这个预言名为引力红移。根据广义相对论,大质量天体能够弯曲时空。而当一颗恒星接近一个质量极大的天体,比如银心黑洞时,它发出的光会经历一个越出时空“引力井”的过程。这会导致星光中的光子失去能量,波长变长,看起来偏红。

S0-2接近银心黑洞,给了天文学家一个绝好的机会,来检验引力红移。几个月后,S0-2和银心黑洞人马座A*的距离将是17光时,只相当于冥王星和太阳距离的三倍。这意味着银心黑洞的强大引力将对S0-2产生可感的影响。

S0-2环绕银心黑洞的周期大约是16年,虽然上一次它接近人马座A*时天文学家也观察到了,但当时的技术还不足以检测出S0-2星光中的红移现象。而今天,已经万事俱备。

在庆祝等到这个机会之前,天文学家还要做一件事,即确定S0-2并非双星。围绕银心运行的许多这类恒星都是双星。如果S0-2也是,那将会使天文学家在它身上观测引力红移现象变得十分困难。

所幸的是,根据近期一篇发表在《天体物理学》杂志上的论文,我们可以比较乐观地认为,S0-2并非双星。虽然我们还不能断定它一定没有伴星,但即使有,伴星的质量也十分小,不足以在它达到离黑洞最近的地方时,对即将展开的一系列观测行动产生影响。

正如相关研究的负责人Devin Chu所言,“我们已经等待了16年之久,我们已经迫不及待地想看看,一颗恒星在受到黑洞的强大引力影响时会发生什么?爱因斯坦的相对论是否能够再一次经得起考验?亦或这颗恒星会有违反已知物理学定律的表现?让我们拭目以待。”

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