爱因斯坦的理论首次已在新的背景下得到证实:在银河系最极端的引力场中,由人马座 A* 创造,超大质量在我们银河系的中心。
围绕该天体运行的一颗名为 S2 的恒星刚刚距离该天体最近一次经过,将 26 年的观测推向了惊人的高潮,而且它的表现与相对论的预测完全一致。
这是一项令人惊叹的科学成果,是通过令人惊叹的技术、仔细的数学和勤奋的观察获得的。
“这是我们第二次观测到 S2 近距离穿过银河系中心的黑洞。但这一次,由于仪器有了很大改进,我们能够以前所未有的分辨率观测这颗恒星。”天体物理学家莱因哈德·根泽尔说马克斯·普朗克地外物理研究所(MPE)的。
“几年来,我们一直在为这一事件做紧张的准备,因为我们希望充分利用这个独特的机会来观察广义相对论效应。”
有这三个S 星(不要与S型恒星)在围绕人马座 A* 的近距离轨道上运行,其质量大致等于400万太阳队。 S2(或 S0-2)在其椭圆轨道上,是距离黑洞最近的两颗恒星之一中心周。
它来自于距银河系中心仅 17 光时,大约是太阳和海王星之间距离的四倍。
这对我们来说听起来很遥远,但是当你处理具有超大质量黑洞引力的物体时,它就非常接近了。
Sgr A* 的影响是如此之强,以至于恒星的速度达到了约 2500 万公里每小时(1550 万英里每小时)——几乎是光速的 3%。
当S2如此接近时,根据相对论,黑洞的引力效应应该将恒星的光拉伸成更长的波长,朝向电磁波谱的红端。 这是一个众所周知的现象,称为引力红移。
然而,在 Sgr A* 周围观察它绝非易事。 首先,它距离我们 26,000 光年。 此外,该地区笼罩在厚厚的尘埃云中,使得可见光观测变得不可能。
研究小组使用了欧洲南方天文台的多种仪器甚大望远镜观察恒星的近中心点。交响乐,重力和做什么的它们都具有红外和近红外传感器,可以穿透灰尘来拾取红外源。
使用这些仪器,研究小组测量了 S2 绕人马座 A* 旋转时的速度并绘制了其轨道。
他们得到了他们期望的结果。 新的测量非常清楚地揭示了这是有史以来第一次在超大质量黑洞附近进行直接探测,再次证明了爱因斯坦的广义相对论。
MPE 的天体物理学家、GRAVITY 和 SINFONI 摄谱仪的首席研究员弗兰克·艾森豪尔 (Frank Eisenhauer) 表示:“大约两年前,我们利用 GRAVITY 对 S2 进行了首次观测,这已经表明我们将拥有理想的黑洞实验室。”
“在近距离通过的过程中,我们甚至可以在大多数图像上检测到黑洞周围的微弱光芒,这使我们能够精确地跟踪恒星的轨道,最终导致检测到S2光谱中的引力红移。 ”
这是一系列令人印象深刻的长期测试中的最新一项,这些测试一次又一次地证明了相对论。
最近,三体恒星系统, 一个整个星系弯曲空间和引力波的发现都完美地证明了物理学与爱因斯坦 100 年前的理论是一致的。
那么为什么科学家们还要不断地测试它呢? 因为如果在某种情况下它会破裂,那将标志着我们理解宇宙的方式发生深刻的变化,从而需要一种新的物理学形式。
如果相对论要被打破,那么它很可能只有在绝对极端的条件下才会发生。
“在太阳系这里,我们现在只能在某些情况下测试物理定律,”欧洲南方天文台的天体物理学家弗朗索瓦·德尔普朗克说。
“因此,在天文学中,检查这些定律在引力场强得多的情况下仍然有效是非常重要的。”
相对论还在继续发挥作用。
该团队的研究成果已发表在期刊上天文学与天体物理学。