愛因斯坦的理論首次已在新的背景下得到證實:在銀河系最極端的引力場中,由人馬座 A* 創造,超大質量在我們銀河系的中心。
圍繞著該天體運行的一顆名為 S2 的恆星剛剛距離該天體最近一次經過,將 26 年的觀測推向了驚人的高潮,而且它的表現與相對論的預測完全一致。
這是一項令人驚嘆的科學成果,是透過令人驚嘆的技術、仔細的數學和勤奮的觀察而獲得的。
“這是我們第二次觀測到 S2 近距離穿過銀河系中心的黑洞。但這一次,由於儀器有了很大改進,我們能夠以前所未有的分辨率觀測這顆恆星。”天文物理學家萊因哈德·根澤爾說馬克斯普朗克地外物理研究所(MPE)的。
“幾年來,我們一直在為這一事件做緊張的準備,因為我們希望充分利用這個獨特的機會來觀察廣義相對論效應。”
有這三個S 星(不要與S型恆星)在圍繞人馬座 A* 的近距離軌道上運行,其質量大致等於400萬太陽隊。 S2(或 S0-2)在其橢圓軌道上,是距離黑洞最近的兩顆恆星之一中心週。
它來自於距銀河系中心僅 17 光時,大約是太陽和海王星之間距離的四倍。
這對我們來說聽起來很遙遠,但是當你處理具有超大質量黑洞引力的物體時,它就非常接近了。
Sgr A* 的影響是如此之強,以至於恆星的速度達到了約 2500 萬公里每小時(1550 萬英里每小時)——幾乎是光速的 3%。
當S2如此接近時,根據相對論,黑洞的引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。 這是一個眾所周知的現象,稱為重力紅移。
然而,在 Sgr A* 周圍觀察它絕非易事。 首先,它距離我們 26,000 光年。 此外,該地區籠罩在厚厚的塵埃雲中,使得可見光觀測變得不可能。
研究小組使用了歐洲南方天文台的多種儀器甚大望遠鏡觀察恆星的近中心點。交響樂,重力和做什麼的它們都具有紅外線和近紅外線感測器,可以穿透灰塵來拾取紅外線源。
使用這些儀器,研究小組測量了 S2 繞人馬座 A* 旋轉時的速度並繪製了其軌道。
他們得到了他們期望的結果。 新的測量非常清楚地揭示了這是有史以來第一次在超大質量黑洞附近進行直接探測,再次證明了愛因斯坦的廣義相對論。
MPE 的天文物理學家、GRAVITY 和SINFONI 攝譜儀的首席研究員 Frank Eisenhauer 表示:「大約兩年前,我們利用GRAVITY 對S2 進行了首次觀測,這已經表明我們將擁有理想的黑洞實驗室。
「在近距離通過的過程中,我們甚至可以在大多數圖像上檢測到黑洞周圍的微弱光芒,這使我們能夠精確地跟踪恆星的軌道,最終導致檢測到S2光譜中的引力紅移。 ”
這是一系列令人印象深刻的長期測試中的最新一項,這些測試一次又一次地證明了相對論。
最近,三體恆星系統, 一個整個星系彎曲空間和重力波的發現都完美地證明了物理學與愛因斯坦 100 年前的理論是一致的。
那為什麼科學家還要不斷地測試它呢? 因為如果在某種情況下它會破裂,那將標誌著我們理解宇宙的方式發生深刻的變化,從而需要一種新的物理學形式。
如果相對論要被打破,那麼它很可能只有在絕對極端的條件下才會發生。
「在太陽系這裡,我們現在只能在某些情況下測試物理定律,」歐洲南方天文台的天文物理學家弗朗索瓦·德爾普朗克說。
“因此,在天文學中,檢查這些定律在引力場強得多的情況下仍然有效是非常重要的。”
相對論還在繼續發揮作用。
該團隊的研究成果已發表在期刊上天文學與天文物理學。