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一颗恒星正在穿越银河系中央的黑洞,将检验广义相对论

漫步宇宙 2018-03-11 19:08:10 阅读:

接下来的几个月里,天文学家会一直把他们的天文望远镜指向银河系中心的特大质量黑洞人马座A*——一颗恒星正在近距离轨道上围绕着该黑洞运行。本次观测或能再次检验爱因斯坦的广义相对论。

在距离银河系中心0.001-0.1秒差距(1秒差距=3.26光年,1光年=9万4千6百亿千米)处,有一群被标记为S的恒星,本文主角即为其中之一。

这颗受到关注的恒星被命名为“S0-2”,目前正沿着椭圆轨道以每圈16年的周期围绕黑洞人马座A*飞行——这个黑洞的质量相当于430万个太阳——这种天体运动将有可能显示出该黑洞的巨大引力。

需要澄清的是,S恒星并非S型恒星。S型恒星是指特征谱线和谱带呈红色,与M型恒星相似,但增加了强的氧化锆分子带,且光谱中经常存在氢发射线的恒星类型。

一颗恒星正在穿越银河系中央的黑洞,将检验广义相对论

概念图:一颗恒星正在穿越位于银河系中央的一个黑洞

根据爱因斯坦的广义相对论,光线在强引力场影响下会出现拉伸或红移现象。恒星的运行轨迹也会在引力作用下发生位移,甚至会轻微改变恒星运行轨道。

黑洞人马座A*的强引力场对恒星的影响将会体现为:恒星S0-2在运动过程中,会抵达距离银河系中心17光小时(光小时是指光在一个小时内传播的距离)的位置,这是恒星S0-2能抵近黑洞的最小距离,此时的S0-2将会加速飞行,其速度可达光速的3%。加州大学洛杉矶分校(简称UCLA)银心小组的研究人员正在跟踪观测,以确定上述影响是否会导致天体运动及光线传播发生改变。

如果这些改变确实发生,人们将再一次证明广义相对论的正确。

一颗恒星正在穿越银河系中央的黑洞,将检验广义相对论

图为人马座星云

目前最新的研究报告指出,红移现象的出现可被观测。

但还有个问题:如果银河系中心恒星S0-2不是一颗恒星,而是个双星系统的话,即将进行的观测研究就会变得极为复杂。

对此,该研究报告称,研究人员通过光谱分析发现,S0-2很有可能只是一颗质量约为15个太阳的单独恒星。即使S0-2真的是个双星系统,伴星的质量也应该很小,不会对即将进行的观测造成严重影响。

一颗恒星正在穿越银河系中央的黑洞,将检验广义相对论

银河系中心的特大质量黑洞人马座A*可能存在的位置

“我们是第一次进行这种类型的观测研究,”本次研究共同作者,UCLA银心小组的副组长段都(音译)称:

“在宇宙的各种力中,人类还很少对引力进行检测研究。到目前为止,爱因斯坦的理论在所有其他的测试研究中都已被证实。但如果我们这次观测情况与理论预测结果之间存在偏差,无疑会引发大量关于引力的性质的疑问。”

自1992年以来,研究人员一直在紧密观测着恒星S0-2,过去的观测工作已经发现了该恒星的最近距离运行轨道。实际上,正是对恒星S0-2的观测结果证明了黑洞人马座A*确实存在。但之前的观测设备灵敏度不够高,未能发现S0-2所释放的光线在引力作用下出现的红移现象。

“我们花了16年不断改造技术设备,就是想要观测到黑洞引力对恒星及其光线的影响。”本次研究主要作者德温·楚说。

据预测,恒星S0-2将在2018年中期飞越银河系中心的特大质量黑洞人马座A*。

值得一提的是,恒星S0-2之所以受到大量关注,不仅因为它能够验证相对论的正确性。这颗恒星还将引导我们对极为特殊的银河系中心S恒星群展开研究。

S恒星群包含的恒星都非常年轻,这些恒星形成于黑洞人马座A*附近,环境极为恶劣——通常来说,来自黑洞的潮汐引力会将恒星形成区域扯碎撕裂。因此,S恒星群的形成过程仍是个谜。

也许科学家们能够通过研究S0-2发现,宇宙中还存在着另一种尚不为人知的恒星形成机制。

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