在距我们地球大约26,000光年的银河系中心,有一个超大质量黑洞,称为射手座A*(SgrA *)。这个天体的总长为4400万公里,约为我们太阳的400万倍,因此它具有巨大的引力,使数百颗恒星紧密围绕它运行。
天文学家无法直接检测到黑洞,但是它的存在对周围恒星的运行产生了巨大的影响。几十年来,天文学家一直跟踪这些恒星的运动。通过计算它们的轨道,便可以确定黑洞的质量。
近年来,随观测技术的提高,科学家不仅仅可以测量黑洞的质量,而且可以对这些恒星进行深入的研究。
这些恒星中的大多数具有足够大的轨道,以至于它们的运动可以由牛顿引力和开普勒运动定律描述,即它们的运行轨道类似于椭圆形。
少数轨道紧密的恒星并不是椭圆形,它们的轨道如同爱因斯坦广义相对论中的预测那样:一个天体围绕另一个天体的束缚轨道并不是封闭的,它们的轨迹形状看起来像一个玫瑰花结。
备受关注的恒星S2就是这样。它是一颗明亮的蓝色巨星,质量是太阳质量的15倍,每15.6年绕黑洞运行一次。当 S2 距离人马座 A* 最近时,其移动速度会超过每小时 2500 万公里,几乎是光速的 3%。在2018年,S2最接近黑洞,这使科学家有机会观察到爱因斯坦相对论的预言,即引力红移。如果将球扔向空中,则它会随着上升而减慢速度。如果将一束光束照向天空,则光线不会减慢速度,但是重力确实会消耗掉一部分光的能量。结果,光束从重力井中爬出时会发生红移。在实验室中已经观察到了这种效果,但是S2使我们有机会在宇宙中看到它。果然,在接近时,S2的光像预期的那样变成红色。
多年来,人们一直认为S2是最接近SgrA *的恒星,但后来发现了S62,它的质量大约是太阳质量的两倍,每10年绕黑洞旋转一次。
天文学家通过计算发现,在最接近黑洞的时候,S62速度接近光速的8%,成为银河系有史以来速度最快的恒星。它的速度如此之快以至于狭义相对论的时间膨胀开始起作用, S62上一个小时大约是地球上的100分钟。
同样,在靠近SgrA *时,S62不遵循开普勒轨道,它的运动不是一个平面内的简单椭圆形,而是遵循像一个玫瑰花结,每个周期的轨道大约偏转10度。引起这种运动方式的原因并不是恒星的速度本身,而是黑洞周围的强引力,强大的黑洞引力会略微改变恒星轨道的方向,正如爱因斯坦预测的那样。
在2022年秋天,S62将进一步接近SgrA *,能允许天文学家更精确地观测,测试相对论的影响,让我们拭目以待。
参考文献:Fastest star ever seen is moving at 8% the speed of light
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