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恆星在黑洞旁的舞蹈证实了广义相对论 _天博平
2020-04-18 18:01天博入口
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近日一组团队报告,他们发现银河系中心黑洞附近的一颗恆星的运动与广义相对论的预测相符。如果得到证实,这个发现将为我们提供了解黑洞周围时空扭曲方式的新窗口。

这颗恆星是挤在银河系超大质量黑洞Sgr A*附近的数十颗星之一。不过,这些恆星被浓厚的尘埃云遮掩,红外线望远镜之外其他望远镜都看不到。但即便使用这样的仪器,它们看起来也只像是移动的波尔卡圆点。

最近由德国马克斯·普朗克外星物理研究所(Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics,MPI)的Reinhard Genzel领导的团队宣布了一项新结果:测量到恆星的轨道进动。

广义相对论预测大质量天体会扭曲周围的时空,当一颗恆星通过扭曲的空间时路径会稍微改变,以很小的幅度逐渐改变轨道倾角。随着时间的流逝,恆星的轨道便如同玫瑰花环,而不是封闭的椭圆形。过去天文学家也曾在水星身上观察到这种轨道进动现象,但这这主要是来自其他行星的影响。

MPI团队这次发表的研究对象是代号为S2的B型恆星,距离Sgr A*约120天文单位,大约是海王星与太阳距离的四倍。他们结合了300多张照片和光谱测量,使用各种仪器前后观察了19年。观测结果跟蹤S2环绕Sgr A*的轨道,在最接近Sgr A*时恆星移动速度可达7,700 km/s,超过光速的2%。研究人员发现S2的轨道有12角分(0.2度)的进动,并与广义相对论的预测相符。

另一组由Andrea Ghez带领并同样长时间研究Sgr A*的团队目前也在检视自己的观测结果,但他们对MPI的结果持保留态度。他们担心MPI团队没考虑到不同观测仪器之间的座标转换问题,不过MPI的资料分析学者认为他们已经考虑了所有可能需要注意的事。无论如何,MPI团队的测量结果有一个重要的意义:不可能有第二个巨大的黑洞紧紧围绕着Sgr A*。根据团队观察到的S2的运动基本上排除了其他大于1,000倍太阳质量的天体在轨道内侧。在进行了这些测量之后,任何第二个黑洞都必须摆得更远。(编译/王彦翔)
星状星系在银河系中心绕超大质量黑洞旋转,画出艺术家对玫瑰花结的概念。为了清楚起见,该图夸大了效果:恆星最远点(玫瑰花结的尖端)之间的实际偏移将小于一毫秒,或者小于十分之一度。
(图说)艺术家想像的示意图,每片花瓣的尖端实际偏移小于1毫角秒。
资料来源:Sky & Telescope


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