世界不思議

有史以來最快的恆星正以8%的光速行進


在我們銀河系的中心,幾百顆恆星緊緊地圍繞著一個特大質量的黑洞運行。這些恆星中的大多數擁有足夠大的運行軌道,他們的運動遵循牛頓引力和開普勒運動定律。但是有少數恆星軌道非常緊密,以至於他們的運行規律只能符合愛因斯坦的廣義相對論。S62作為運行軌道最緊密的恆星被世人所知。在與黑洞距離最近的時候,它以幾乎是光速8%的速度運行。

人馬座A*(SgrA*)是我們的銀河系中的特大質量的黑洞。它的質量大約為4百億個太陽的質量,我們通過圍繞著它運行的恆星了解到這一點。幾十年來,天文學家一直在追蹤這些恆星的運動軌跡。通過計算他們的運行軌道,我們可以確定SgrA*的質量。近幾年來,我們的觀測變得非常精確,以至於我們不僅僅可以測量黑洞的質量,我們還可以由此驗證是否我們對黑洞的了解是否準確。

S2是圍繞人馬座A運行的恆星之中被研究最多的一顆恆星。它是顆明亮的巨大藍色行星,每16年圍繞黑洞一圈。2018年,S2到達與黑洞的最近距離,這給了我們一個研究一種被稱為引力紅移的相對論效應的機會。如果你往天上擲一個球,在它上升的過程中速度會逐漸減慢。如果你往天空中發射一束光線,光線的速度不會變慢,但是重力的確會帶走它的部分能量。因此,當它掙脫重力的時候,這束光將會發生紅移。這種現象之前就在實驗室被觀測到了,但是S2給了我們一個在真實的世界中觀察它的機會。果然,在最近點,像預期的那樣,S2的光變紅了。

多年來S2被認為是最接近人馬座的恆星,但此後S62被發現了。據一團隊最近發現,此恆星的質量約為太陽的兩倍,且每十年繞黑洞為軌道而行。據他們計算,在最接近人馬座的位置,其速度接近8%的光速。這如此之快的速度使得時間膨脹開始起作用。S62上的一小時約為地球上的100分鐘。這軌道進動源自一顆靠近超大質量黑洞的恆星。

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Credit: Luís Calada/ESO 因它鄰近人馬座,所以S62沒有遵循開普勒軌道進動。它不是一個簡單的橢圓,而是遵循螺旋形運動,其軌道每循環一次進動約10°。這種相對進動第一次是在水星的軌道上觀測到的,但影響甚微。在2020年的秋季,S62將再次近距離臨近人馬座。它將使天文學家比近距離接觸S2更精確地檢驗相對論的影響。

論文發表於天體物理學雜誌 889.1 (2020):61

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