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圖為黑洞附近恒星的進動現象。
圖為人馬座A*黑洞周圍恒星距黑洞最近處的距離。
新浪科技訊 北京時間8月18日消息，據國外媒體(ti) 報道，在銀河係中央，有成百上千顆恒星緊密圍繞著一個(ge) 超大質量黑洞旋轉。其中大多數恒星的軌道都足夠大，因此其運動符合牛頓引力理論及開普勒運動定律。但有少數恒星的軌道距黑洞過近，隻有用愛因斯坦廣義(yi) 相對論才能準確描述。其中軌道最小的恒星叫做S62，在抵達距黑洞最近處時，其運動速度可達光速的8%以上。
銀河係中央的超大質量黑洞名叫人馬座A*，質量相當於(yu) 400萬(wan) 個(ge) 太陽。這一點是根據圍繞它旋轉的恒星推斷出來的。數十年來，天文學家一直在追蹤這些恒星的運動。通過計算它們(men) 的軌道，我們(men) 便可推算出人馬座A*黑洞的質量。近年來，隨著我們(men) 的觀測變得越來越精確，我們(men) 不僅(jin) 能測算出黑洞的質量，還能檢驗此前對黑洞的理解是否準確。
在圍繞人馬座A*黑洞旋轉的恒星中，被研究得最多的一顆叫做S2。它是一顆明亮的藍色巨型恒星，每16年圍繞黑洞轉動一圈。2018年，S2達到了距黑洞最近點，給了我們(men) 一次觀察相對論的效應之一——“引力紅移”現象的機會(hui) 。假如你將一隻皮球高高拋起，它的速度會(hui) 在上升過程中逐漸減慢；但如果你向空中發出一束光線，光的傳(chuan) 播速度並不會(hui) 變慢，但在引力作用下，光束的能量會(hui) 有所減少。因此，當光束爬出“引力井”時，就會(hui) 產(chan) 生紅移現象。科學家此前曾在實驗室中觀察到過這種現象，但S2為(wei) 我們(men) 提供了一次在現實中觀察紅移現象的機會(hui) 。在到達距黑洞最近點時，S2發出的光線的確如預期的那樣，發生了紅移。
圖為S2由於運動速度過快、產生紅移現象的模擬圖。
多年來，科學家一直認為(wei) S2是距人馬座A*黑洞最近的恒星。但一支團隊最近又發現了S62。這顆恒星的質量約為(wei) 太陽的兩(liang) 倍，每10年圍繞黑洞轉動一圈。他們(men) 的計算顯示，在到達距黑洞最近處時，其速度可達到光速的8%。在如此快的速度下，時間膨脹效應已經不容忽略了。S62上的一小時約等於(yu) 地球上的100分鍾。
由於(yu) 距黑洞太近，S62的軌道並不遵循開普勒定律。它的軌道並不是簡單的橢圓形，而是像搖呼啦圈那樣、每轉動一圈就會(hui) 產(chan) 生10°的進動。這類相對論進動現象最早是在水星軌道上觀察到的，隻不過水星軌道的效應並不顯著。
2022年秋季，S62將再一次靠近人馬座A*黑洞。與(yu) S2相比，此次近距離接觸應當能幫助天文學家更精準地驗證相對論效應。
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