藝術(shù)家筆下描繪的“史瓦西進(jìn)動”。ESO / L. Cal?ada
最近天文學(xué)家通過歐洲南方天文臺甚大望遠(yuǎn)鏡，在銀河系中心發(fā)現(xiàn)了一個奇妙的景象——一顆恒星圍繞超大質(zhì)量黑洞翩翩起舞，不停轉(zhuǎn)圈，不斷地改變“近黑點(diǎn)”的位置，在太空中開出了一朵巨大的“花”。
這朵“花”是愛因斯坦廣義相對論正確性的又一證明，同時(shí)又表明牛頓力學(xué)不完備——牛頓引力論認(rèn)為，在這種情況下，恒星應(yīng)該沿固定橢圓軌道運(yùn)行。
主持研究的德國馬克斯·普朗克地外物理研究所主任Reinhard Genzel表示，根據(jù)愛因斯坦廣義相對論，一個天體如果圍繞另一個天體運(yùn)行，其軌道不是封閉的，而是會在其運(yùn)行平面上“旋進(jìn)”。
人類首次觀測到這種“旋進(jìn)”或“進(jìn)動”，是在圍繞太陽運(yùn)行的水星身上。水星的“進(jìn)動”是廣義相對論獲得的首個證明。一百年后，人類又在圍繞銀心射電源人馬座A*——一個質(zhì)量相當(dāng)于太陽400萬倍的超大質(zhì)量黑洞運(yùn)行的恒星身上發(fā)現(xiàn)了這種現(xiàn)象。
銀心射電源人馬座A*距離我們約26000光年。天文學(xué)家認(rèn)為，它其實(shí)就是一個超大質(zhì)量黑洞。而在人馬座A*的身邊，還有一個密度很大的星團(tuán)包圍著它。
圍繞黑洞運(yùn)行的銀心恒星。ESO / L. Cal?ada / spaceengine.org
在星團(tuán)諸多圍繞黑洞運(yùn)行的恒星中，有一顆名叫S2。它最近能夠到達(dá)距離人馬座A*只有200億千米的地方（相當(dāng)于地球和太陽距離的120倍）。S2是迄今為止人類發(fā)現(xiàn)的距離人馬座A*最近的環(huán)黑洞恒星之一。在抵達(dá)距離黑洞最近點(diǎn)時(shí)，S2的相對運(yùn)行速度可以達(dá)到光速的3%。
S2每16年環(huán)繞黑洞運(yùn)行一次。在其圍繞黑洞運(yùn)行的過程中，恒星和黑洞距離最近的那個點(diǎn)，每一次都會偏離上一次的位置，在公轉(zhuǎn)平面上，沿著一個圍繞黑洞的近圓形軌跡向前移動。
這就是所謂的“進(jìn)動（precession）”。發(fā)生“進(jìn)動”的天體運(yùn)行軌跡會在太空中開出一朵“花”。而這朵“花”的形狀，可以根據(jù)廣義相對論進(jìn)行準(zhǔn)確的推斷。具體到黑洞和恒星，這樣的“進(jìn)動”還有一個專屬的名稱，叫“史瓦西進(jìn)動（Schwarzschild precession）”。這是天文學(xué)家首次觀測到“史瓦西進(jìn)動”。
由于S2的公轉(zhuǎn)周期長達(dá)16年，為了觀測到完整的過程，天文學(xué)家對S2進(jìn)行了為期27年的跟蹤。2018年，同一個科研小組在S2身上觀測到了廣義相對論預(yù)言的另外一種現(xiàn)象：當(dāng)S2通過“近黑點(diǎn)”時(shí)，其發(fā)出的光波長被拉伸。
研究人員相信，人們未來會在黑洞周圍看到更加昏暗的恒星，并在它們身上感受黑洞自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的效應(yīng)。天文學(xué)家將能對黑洞的自轉(zhuǎn)和質(zhì)量這兩大特點(diǎn)進(jìn)行測定，并描述黑洞周圍時(shí)空的特性。
銀心方向的可見光銀河。由于大量星際塵埃的遮蔽，從地球方向很難直接看到銀心的全貌。ESO / 數(shù)字化巡天2期
