甚大望遠鏡在超大質量黑洞周圍看到恆星飛舞證明相對論正確
由歐洲南方天文台的甚大望遠鏡(Very Large Telescope)進行的觀測首次顯示,圍繞銀河系中心超大質量黑洞運行的恆星,正像愛因斯坦相對論的一般理論所預測那樣運動。它的軌道形狀像玫瑰花結,而不是牛頓萬有引力理論所預言的橢圓形狀。在近三十年通過越來越精確的測量,使這項備受追捧的結果成為可能,這使到天文學家能夠揭開潛伏在我們銀河系中心的龐然大物的奧秘。
位於德國加興(Garching)市的馬克斯·普朗克地外物理學研究所(Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics)所長萊因哈德·根澤(Reinhard Genzel)表示:愛因斯坦廣義相對論預測,一個物體圍繞另一個物體的束縛軌道不會像牛頓引力那樣封閉,而是在運動平面中前進。這種著名的影響首先在水星繞太陽的軌道上看到,是第一個支持廣義相對論的證據。一百年後,我們現在已經觀測到恆星繞銀河系中心密集星團:人馬座*運行的恆星運動,這種觀測突破加強人馬座A*的證據,必須是質量為太陽質量四百萬倍的超大質量黑洞。
人馬座A*距太陽二萬六千光年,它周圍密密麻麻的恆星,提供了一個獨特的實驗室,可以用其它方法在未經探索的極端重力情況下測試物理學。其中一顆編號S2的恆星,向超大質量黑洞掃掠,其最近距離少於二百億公里(太陽與地球之間的距離的一百二十倍),使其成為有史以來在軌道上最接近超大黑洞的恆星之一。在最接近黑洞的位置,S2以接近光速百分之三的速度在太空中飛馳,每十六年完成一次公轉運行。馬克斯·普朗克地外物理學研究所的史蒂芬·吉列森(Stefan Gillessen)表示:在追蹤恆星超過二十年半之後,我們的精確測量結果可以可靠地檢測出S2在人馬座A*周圍路徑中的史瓦西半徑(Schwarzschild radius)。
【圖、文:節譯自歐洲南方天文台2020年4月16日新聞公佈】研究全文刊登在2020年4月16日出版的《天文學與天體物理學》期刊
【補充資料】
史瓦西半徑是德國天文學家卡爾·史瓦西(Karl Schwarzschild)在1916年首次發現了史瓦西半徑的存在,這個半徑是一個球狀對稱、不自轉又不帶電荷的物體的重力場。