在銀河系中心的極端空間，廣義相對論通過了巨大的考驗

對繞銀河系超大質量恆星運行的另一次測試以瘋狂的速度再次支持了這個理論正如阿爾伯特愛因斯坦在 1915 年所描述的。

當一顆名為 S2 的恆星以最接近的方式繞著黑洞猛衝時，它的光線被強大的引力拉長了——正如相對論所預測的一種名為「S2」的效應一樣。重力紅移。

如果這聽起來很熟悉，那是因為這不是我們第一次看到這樣的成就。去年，一組研究人員發表了他們的發現在 S2 上 - 也稱為 S0-2，是一群年輕的、巨大的星團之一S 星繞著銀河系中心運行 - 當它圍繞人馬座 A* 運行時，顯示出明顯的引力證據。

這項新結果來自一組獨立的觀察結果，透過額外的數據和儀器對第一組結果進行了確認和闡述，以排除可能源自工具本身的任何偏差或錯誤。

“我們絕對可以排除牛頓萬有引力定律，”加州大學洛杉磯分校的天文學家安德里亞蓋茲 (Andrea Ghez) 說道。 “我們的觀察結果與愛因斯坦的廣義相對論是一致的。”

這是經過24年觀察得來之不易的結果。 S2 繞人馬座 A* 運行的每一次軌道都需要 16 年，直到去年近距離接近時，這顆恆星才進入了人馬座 A* 的軌道銀河系中心17光時- 我們擁有足夠靈敏的儀器，能夠以前所未有的分辨率觀察這一事件。

Sgr A* 的質量大約相當於 400 萬個太陽。它產生的引力是巨大的，創造了銀河系中最極端的環境。

S2 有一個橢圓軌道，當它接近 Sgr A* 時，它的重力會加速到令人眼花撩亂的速度。它的彈射速度約為每小時 2500 萬公里（1550 萬英里）——幾乎是光速的 3%。

當S2如此接近黑洞時，根據相對論，重力效應應該會將恆星的光拉伸成更長的波長，朝向電磁波譜的紅端。

S2 在去年 3 月達到最大速度，隨後在 5 月最接近，並在 9 月達到最低速度。研究團隊對這三個事件進行了光譜儀觀測，研究了恆星在黑洞周圍變焦時光線的變化。

然後，他們將這些光譜觀測結果與 1995 年至 2017 年的觀測結果結合起來，在三個維度上重建了恆星的整個軌道。

“這就是我們進入廣義相對論測試的入場券，”蓋茲說。

「我們詢問引力在超大質量黑洞附近的表現，以及愛因斯坦的理論是否告訴了我們完整的故事。觀察恆星完整的軌道提供了第一個機會，利用這些恆星的運動來測試基礎物理學。”

這些結果不僅證實了，而且支持了去年發表的結果，再次證實了廣義相對論是理解引力動力學的一套可靠規則。

正如我們去年報導的那樣，這並不是廣義相對論近年來通過的唯一測試。我們也看到了三體恆星系統， 一個整個星系彎曲空間，以及重力波的發現- 每一個都以自己的方式完美地符合愛因斯坦 100 年前的理論。所以它仍然堅挺。

但對一套新的物理定律的需求可能迫在眉睫。

“[愛因斯坦的]理論確實顯示出脆弱性，”蓋茲說。

「它無法完全解釋黑洞內部的引力，在某種程度上，我們需要超越愛因斯坦的理論，採用更全面的引力理論來解釋黑洞是什麼。”

老實說，那會太酷了。

該研究發表於科學。