【物理前沿】爱因斯坦的引力理论面临考验！科学家首次检验恒星黑洞相遇中的相对论效应

20多年来，一组天文学家跟踪了一颗恒星在银河系中心的超大质量黑洞周围以每小时2500万公里的速度旋转，相当于光速的3%。现在，研究小组表示，这次近距离接触使阿尔伯特·爱因斯坦的引力理论对大质量物体进行了迄今为止最严格的测试，来自恒星的光线以牛顿引力无法规定的方式拉伸。在今天宣布的一项研究中，研究小组称他们发现了爱因斯坦广义相对论中一个与众不同的指标——“引力红移”。引力红移指的是由于黑洞的强烈引力，恒星的光会失去能量。

 

“这真是令人兴奋。加州大学洛杉矶分校(UCLA)的天文学家安德里亚·盖兹(Andrea Ghez)说。“这是(对相对论的)直接检验，我们多年来都在为此做准备。”

 

这颗名为S2的恒星，除了高度椭圆形的轨道外，并不引人注目。这颗恒星距离银河系中心的黑色黑洞约200亿公里(17光年)，比任何已知的恒星都要近。莱因哈德甘泽尔领导的研究小组在马克斯·普朗克地外物理研究所(MPE)来自德国,一直跟踪S2自1990年代以来,第一次与欧洲南方天文台(ESO)3.6米望远镜新技术在智利阿塔卡马沙漠,后来ESO的甚大望远镜(VLT),由四个8米级工具。Ghez在加州大学洛杉矶分校的团队也开始用夏威夷的一对10米凯克望远镜观察这颗恒星。

 

研究靠近星系中心的恒星是很困难的，因为尘埃和气体的云团阻挡了大部分恒星的光。但是，通过跟踪它们在红外波长下的轨道，研究小组已经能够估算出中心黑洞人马座A* (Sgr A*)的质量，大约是太阳质量的400万倍。研究小组还发现，当S2在其16年的运行轨道中飞离Sgr A*最近时，极端的重力会使广义相对论的效应被发现。

 

S2最近一次接近Sgr a *是在2002年，当时望远镜的精度还不足以进行必要的测量。这一次，队伍准备好了。凯克和VLT现在都配备了自适应光学，可以实时改变形状的柔性反射镜，以补偿地球大气造成的畸变。欧洲研究小组还利用了四个VLT测定仪作为干涉仪，将它们的光线结合起来，达到了130米宽的望远镜的分辨率。