一顆名為 S2 的單顆恆星圍繞著超大質量恆星旋轉在我們銀河系的中心剛剛證明了一個預測在最極端的環境中，我們可以對其進行測試——為該理論已經豎起的帽子再添一根羽毛。
天文學家將數十年的觀測結果結合在一起，發現 S2 的軌道並不是固定位置的橢圓形；而是一個橢圓形。相反，軌道像螺旋圖一樣移動——這種現像被稱為史瓦西進動。
這是首次在超大質量黑洞周圍檢測到史瓦西進動，證明即使我們在最極端的引力環境中觀察恆星軌道，它也成立。
此外，廣義相對論方程式可以用來準確預測軌道變化——而這些計算與S2的觀測結果精確匹配。
“愛因斯坦的廣義相對論預測，一個物體圍繞另一個物體的束縛軌道並不像牛頓引力中那樣是封閉的，而是在運動平面上向前進動，”天體物理學家萊因哈德·根澤爾解釋德國馬克斯普朗克地外物理研究所 (MPE) 的研究員，以及重力合作。
「這個著名的效應——首次在行星軌道上出現繞太陽運行－這是支持廣義相對論的第一個證據。一百年後，我們現在在銀河系中心圍繞緊湊型射電源人馬座 A* 運行的恆星的運動中檢測到了同樣的效應。
S2 每 16 年沿著一條長橢圓形軌道繞人馬座 A* 俯衝一次。在它最近的距離（即近星體）處，它距離黑洞不到 17 光小時，或太陽到海王星的四倍多一點。
這聽起來可能很遙遠，但當你面對像人馬座 A* 這樣巨大的物體時，它就驚人地接近了，而且來自黑洞的引力踢使恆星在旋轉時速度達到光速的近 3%。它是銀河系中心最近的軌道恆星之一。
這並不是 S2 的第一次相對論競技表演。自 1990 年代以來，天文學家一直在密切關注這顆恆星。 2018年，GRAVITY 合作宣布S2 的光線在接近人馬座 A* 時的拉伸方式證實了廣義相對論在迄今為止最極端的測試之一中所預測的效應。隔年，第二隊用他們自己的論文證實了這些結果，使用一組獨立的觀察結果編寫。
現在，GRAVITY Collaboration 已使用從 1992 年到 2019 年底的觀測中的 330 多個測量值，來觀察觀測到的進動是否與廣義相對論的預測相符。他們也賺到了錢。
“在追蹤這顆恆星運行了超過二十年半之後，我們精確的測量結果可靠地檢測到了 S2 圍繞人馬座 A* 路徑上的史瓦西進動，”天體物理學家斯特凡·吉萊森說與。
但這還不是全部。為了計算 S2 的進動，需要人馬座 A* 的精確質量。到目前為止，有證據表明其質量約為太陽質量的 400 萬倍。為了擬合觀測到的軌道，相對論方程式還需要大約 400 萬倍太陽質量的質量。
這是人馬座 A* 品質的另一個確認。它還允許天文學家研究軌道周圍的空間。例如，如果另一個巨大的物體，例如中等質量黑洞，在附近，就會影響軌道。找不到這些軌道影響意味著我們可以限制銀河系中心的情況。
「由於 S2 測量非常符合廣義相對論，因此我們可以對不可見材料（例如分佈式材料）的數量設定嚴格的限制。或者可能更小，存在於人馬座 A* 周圍，」法國巴黎默東天文台和格勒諾布爾天文台的天體物理學家 Guy Perrin 和 Karine Perraut 分別說道。
“這對於理解超大質量黑洞的形成和演化非常有意義。”
所有這一切，僅來自一顆星星。多麼美妙。
該研究發表於天文學與天文物理學。
