恒星S2在完全符合爱因斯坦相对论的银河系中心超大质量黑洞轨道上“跳舞”

恒星S2在完全符合爱因斯坦相对论的银河系中心超大质量黑洞轨道上“跳舞”

恒星S2在完全符合爱因斯坦相对论的银河系中心超大质量黑洞轨道上“跳舞”(Credit: ESO/L. Calçada

(神秘的地球uux.cn报道)据俄罗斯卫星网:《天文与天体物理学报》学术期刊新闻稿中称,国际科学家小组借助地球最大的望远镜发现了一颗恒星,它在完全符合爱因斯坦相对论的银河系中心的超大质量黑洞的轨道上“跳舞”。

新闻稿中指出,围绕射手座A超大质量黑洞S2恒星旋转的轨道是玫瑰圆形而不是椭圆形。这意味着这颗恒星接近黑洞的最近点的位置随着每次的旋转在发生变化。在爱因斯坦正确的理论下天体旋转的轨迹应该是这样的。

负责此项研究的马克斯·普朗克物理学研究所所长赖因哈德·根策尔说:“根据爱因斯坦的相对论,两个天体相关的轨道不是封闭的,而是在空间的平面中进行旋进。在水星围绕太阳旋转的轨道时首次记录的这一著名现象成为首个有利于相对论的证据。一百年后我们在银河系中心围绕紧凑的无线电源射手座A旋转的恒星运动中发现了这种现象。”

新闻稿中称,为发现这种现象天文学家们花费了27年的时间,因为S2恒星绕黑洞一圈需要16年。通稿中指出,这个发现还让科学家们可以更多地了解位于我们银河系中心的黑洞附近的区域。

相关报道:天文学家印证绕银河系中心黑洞运动的S2恒星的史瓦西旋进

(神秘的地球uux.cn报道)据cnBeta:甚大望远镜(VLT)对银河系中心的巨大黑洞(人马座 A*)展开了长达 27 年的间接观测,因其对相伴运行的多颗恒星发挥着巨大的引力效应,尤其是本文要为大家介绍的S2 。近日,欧洲南方天文台(ESO)的一支国际天文合作团队得出了一个结论 —— 爱因斯坦又一次对了!

像黑洞这样巨大、致密的物体,其引力会对周围的空间造成扭曲。当科学家在2019年寻找黑洞的真面目时,爱因斯坦早就预见到了这样的可能。

周四发表在《天文与天体物理学》期刊上的这篇论文,详细介绍了研究团队是如何借助ESO的甚大望远镜,对S2展开持续27年的运动观测的。

这台位于智利阿塔卡马沙漠的全能宇宙望远镜,能够通过这种间接的方式,对银河系中心的超大质量黑洞展开观测。

其轨道位天文学家提供了自然的实验环境,以验证爱因斯坦的相对论 —— 该理论描述了空间、时间、引力的相互作用。

据悉,S2每16年绕人马座 A* 摆动一次,且与黑洞保持着(天文尺度上)相当舒适的约125亿英里(200亿公里)距离 —— 相当于冥王星与太阳距离的四倍。

即便如此,超大质量黑洞的引力,依然让S2一次又一次地回旋。直到第27个年头,ESO天文学家才完成了针对该恒星位置和速度的330次测量。

马克斯·普朗克外星物理研究所的天文学家Stefan Gillessen在新闻稿中写道 ——在对恒星运动展开了持续25年半的追踪之后,我们的精确测量结果才能够可靠地反映S2在人马座 A* 周围路径中的史瓦西旋进。

事实上,ESO团队的工作,也是业界首次对围绕银河系黑洞的恒星展开此类运动观测。不过在理论层面,依然是以爱因斯坦的研究成果位主导。
所谓史瓦西旋进(Schwarzchild Precession),正是其理论预测的一种轨道。特指一个宇宙物体在受到极大的引力和时空扭曲,而在形似玫瑰花结的归绕上绕另一个轨道漂移。

我们可以将之想象成一个钟面,而黑洞正是这个时钟的中心。为便于理解,我们可以先将S2的初始位置放在1点钟方向的上方。

当它摆动到时钟的中心并绕过黑洞时,强大的引力和时空曲率将使其轨道有所漂移。在回到钟面的边缘时,你会发现它已经摆动到了2点钟的方向上。

展望未来,科学家们有望在五年后的又一轮天文观测竞赛中看到更暗、更接近黑洞的恒星,为证实爱因斯坦的理论而提供另一次机会。

科隆大学天体物理学家、论文合著者Andreas Eckart表示:“如果观测到足够接近黑洞的恒星,我们甚至能够感受到黑洞的自旋,从而将相对论的验证研究抬升到全新的水平”。

相关报道:广义相对论再次被验证 黑洞周围恒星上演“玫瑰舞”

(神秘的地球uux.cn报道)据新浪科技:国外媒体报道,目前,天文学家首次观测到一颗恒星环绕银河系中心超大质量黑洞运行,而这颗恒星在黑洞周围闪烁舞动,正好符合阿尔伯特·爱因斯坦的广义相对论的预测结果。

天文学家利用欧洲南方天文台甚大望远镜观测到这颗恒星,发现该恒星的运行轨迹犹如玫瑰花结。广义相对论认为宇宙空间、时间和引力存在相互作用,并且像黑洞这样大质量天体能够扭曲其周围的空间,影响周围恒星的运行轨迹。

这项最新研究报告发表在4月16日出版的《天文学与天体物理学杂志》上。天文学家利用欧洲南方天文台甚大望远镜观测到这颗恒星,发现该恒星的运行轨迹犹如玫瑰花结。广义相对论认为宇宙空间、时间和引力存在相互作用,并且像黑洞这样大质量天体能够扭曲其周围的空间,影响周围恒星的运行轨迹。

艾萨克·牛顿的引力理论认为恒星运行轨道应当像一个椭圆,但事实并非如此,这种玫瑰花结的恒星轨道支持着爱因斯坦的广义相对论。爱因斯坦的广义相对论预测——某天体围绕另一个天体的束缚轨道不是封闭的,不像牛顿万有引力定律那样,它是在运动平面上向前。

特殊效应

首次在水星轨道发现的太阳引力作用,是支持广义相对论的第一个证据,100多年后的今天,我们发现环绕银河系中心人马座A*致密射电源的一颗恒星存在类似的特征,该观测进一步验证了人马座A*是一个太阳质量400万倍的大质量黑洞。

人马座A*是银河系中心的一个超大质量黑洞,距离太阳26000光年,我们的太阳系位于银河系一个巨大旋臂边缘。在黑洞周围存在高密度恒星群,最新观测到这颗恒星就位于高密度恒星群,它被命名为S2,在不足200亿公里的直径范围内与黑洞保持“亲密接触”。

它是距离黑洞最近的恒星之一,当它接近黑洞的时候,该恒星以3%的光速运动,绕黑洞运行一周需要16个地球年。马克斯·普朗克地外物理研究所在跟踪分析这颗恒星在其轨道上运行25年后,精密测量技术在人马座A*周围探测到了S2恒星的“史瓦西进动(Schwarzschild precession)。

恒星轨道通常不是完美的圆形,相反,在恒星自转过程中,会向内或者向外移动。S2恒星与黑洞的最近距离每次都会改变,这将促进其形成玫瑰花的轨道结构,广义相对论能够预测轨道的变化。

黑洞不再神秘

广义相对论也使我们更深入了解银河系中心的空间环境,由于该区域被银河系的气体和尘埃笼罩,因此我们很难从较远的距离进行观测。

对S2恒星的27年观测验证了广义相对论,同时研究人员还分析了恒星光线在接近黑洞时的延伸方式。之前的研究结果表明,恒星释放的光线符合广义相对论,现在我们证明S2恒星在人马座A*周围的轨道呈现玫瑰花结构,证实了该黑洞的强大引力作用。

未来的新型望远镜,例如:欧洲南方天文台的极大望远镜,将观测到那些更靠近黑洞的微弱恒星。如果足够幸运的话,就能观测到非常接近黑洞的恒星,它们能够真正感受到黑洞的旋转,这将为检验广义相对论提供一个完全不同的理论支持。




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