一颗以每秒15,000英里自转的恒星检验了爱因斯坦的相对论
这张可见光广角视角视图展示了人马座（弓箭座）中丰富的星云，位于银河系中心方向。 图片来源：ESO / 数字化天空巡天2。致谢：达维德·德·马丁 / S. 吉萨尔
（神秘的地球uux.cn）据《大众科学》（安德鲁·保罗）：银河系由一个名为人马座A*的超大质量黑洞锚定，其质量是太阳的四百万倍以上。虽然射手座A*对其宇宙邻近的一切产生影响，天文学家们却发现了一种特定的宇宙迷惑，可能为我们一窥宇宙中一些最深奥、最令人困惑的概念。正如研究人员在今天发表在《自然》杂志上的一项研究中详细说明的，一颗名为S301的恒星距离人马座A*非常近，以至于它以超过每秒15,500英里的速度绕着黑洞飞行。S301的特殊情况如此独特，以至于天体物理学家称这颗恒星为“前所未有的”。
德国马克斯·普朗克地外物理研究所（MPE）的合著者兼天体物理学家芒菲利克斯在一份声明中解释道：“这颗恒星的特别之处在于它绕着人马座A*运行，轨道非常紧凑，完成整个过程仅需8.7年，并且以地球到太阳距离的12倍接近黑洞的速度接近黑洞。”
S301最近经过超大质量黑洞的距离大致相当于地球与土星之间的距离。这不仅使它成为有史以来距离人马座A*最近的恒星，也是观测速度最快的恒星。在轨道上，S301的速度是商用客机的10万倍以上——超过光速的8%。
“由于S301轨道非常接近人马座A*，它为揭示这一极端黑洞环境中时空的基本性质打开了一扇新窗口，”研究合著者、2020年诺贝尔物理学奖获得者莱因哈德·根策尔解释道。
S301比参宿四暗二十亿倍，只能借助欧洲南方天文台位于智利的超大望远镜干涉仪（ESO的VLTI）被探测到。为了研究它，天文学家们利用了ESO的GRAVITY+仪器与VLTI结合，该仪器将四台26英尺宽望远镜的光线合成，空间分辨率是单台望远镜的15倍。
这幅图展示了旋转黑洞如何拖拽时空，这种现象被称为透镜-渴蚀效应。如果恒星靠近旋转的黑洞，其轨道会发生变化，这种变化可以用足够精确的望远镜和仪器在较长的时间尺度上测量。图片来源：ESO /M. Kornmesser ESO/M. Kornmesser
团队首次发现这颗新恒星是在2023年，并一直追踪它以缩小轨道范围。他们的数据还帮助他们追溯补足了S301自2017年以来的轨道历史，显示其上一次最近通过人马座A*的距离仅发生在发现前几个月。S301可能最初是作为一对双星星组成的恒星生命开始的，这些星系被超大质量黑洞的潮汐力撕裂。虽然这使S301被限制在当前轨道，但伴星很可能以极高速度被抛射，实际上完全离开了银河系。
更好地理解S301本身可能会带来更多突破，尤其是在射手座A*方面。研究人员长期以来一直推测黑洞自转的过程与宇宙中大多数其他天体相似。爱因斯坦的广义相对论表明，旋转的黑洞会带着时空一起走，从而在一种被称为透镜-西林效应的过程中发生扭曲。假设这会影响像S301这样特别近的恒星。在发现这颗恒星之前，天文学家估计需要几十年时间研究多颗恒星，才能最终测量黑洞的自转。S301可以将这一时间窗口缩短到一个十年。
“我们将首次能够非常直接地测量一个大质量黑洞的自旋，这将是对爱因斯坦理论的关键检验，”MPE天文学家兼研究合著者斯特凡·吉莱森说。
“那将是梦想成真，”芒补充道。
