廣義相對論在銀河系中心通過驗證

錢德拉X射線天文台拍攝銀河系中心黑洞
美國天文學家從夏威夷凱克(W. M. Keck)天文台近二十年的數據,獲得了銀河系中心超大質量黑洞附近兩顆恆星S0-1和S0-38的清晰運行軌跡,發現這兩顆恆星的運行方式沒有偏離廣義相對論;同時,也未發現第五種基本力存在的證據。

宇宙中存在四種基本作用力:弱相互作用力、強相互作用力、電磁相互作用力和萬有引力。但許多觀測跡像對廣義相對論提出挑戰,一些科學家假設存在第五種基本力,並希望通過發現這種力的存在,來證明相對論存在漏洞和偏差。

加州大學洛杉磯分校的奧萊里昂·希斯(Aurélien Hees)認為,銀河系最中心的超大質量黑洞人馬座A*(Sagittarius A*)周圍,最有可能發現第五種力。一般情況下,黑洞周圍的恆星會向黑洞“餵食”自身氣體雲盤,導致恆星運行軌跡發生改變,從而對驗證廣義相對論造成的干擾;但人馬座A*與周圍恆星的間距不夠近,恆星氣體不會被捲進黑洞,因此​​能提供更清晰的檢測。

希斯和同事從上世紀90年代末開始,持續二十年長期跟踪人馬座A*附近恆星的運行軌跡。他們跟踪到S0-1和S0-38圍繞人馬座A*運行一周的完整軌跡,運行週期分別為十六年和十九年。他們發現,這兩顆恆星圍繞人馬座A*快速運轉的方式,完全遵循廣義相對論的預言。 “這是廣義相對論首次在超大質量黑洞附近經受住考驗。”希斯說。

希斯表示,以橢圓形軌道運行的S0-2將在明年距離人馬座A*最近,僅一百一十個天文學單位(一個天文學單位約為1.5億公里),屆時,他們可以獲得更精確的觀測數據,如果對廣義相對論的偏離真的存在,明年我們一定能探測到這種偏離。

【圖:美國太空總署;文:節錄自科學網頁;新聞訊息由林景明提供】

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