北京
牛顿的引力定律，足够把航天器送出太阳系，也足以描述银河系中心大多数恒星绕着超大质量黑洞人马座A*的运动。但在有些地方，它就不够用了。一颗新近确认的恒星，正以每秒超过两万公里的速度绕行，把爱因斯坦的理论逼到了墙角。
这颗恒星被编号为S301，是S星团里的第301号成员。S星团里的天体，日夜不停地在银河系中心那个看不见的引力深渊周围旋转。S301的质量比太阳稍微大一点，它跑完一整圈轨道只需要8.7年。此前，S星团里还没发现有哪颗恒星的公转周期这么短。
它的轨道被拉得很扁。每一次绕行中，最接近人马座A*的时候，S301掠过黑洞的距离大约只相当于140个黑洞半径，换算下来不到24个天文单位。如果把人马座A*放在太阳的位置上，这颗恒星的近日点差不多就在天王星和海王星的轨道之间。换句话说，它几乎是贴着黑洞的边界在飞。
正是在这个时刻，S301的速度被提升到了惊人的地步。它移动的速度超过了光速的百分之八。在我们已经观测到的所有恒星里，还没有哪一颗达到过这样极端的相对论速度。
这给物理学家打开了一扇窗。爱因斯坦的广义相对论，描述引力出奇地精准，但多数日常环境下的计算根本用不上它。在太阳系内的常见场景中，牛顿的万有引力定律跟相对论给出的结果几乎一模一样。想要把广义相对论和其他引力理论区分开来，实在太难了，因为它们的预言只在条件足够极端的情况下，才会露出不同的面孔。S301的出现，正好提供了这种极端。
研究人员已经看到，S301的轨道在进动。其实，水星的轨道也有进动现象，那还是当初验证广义相对论的经典测试之一。但水星的进动幅度极小，每次绕日一圈，爱因斯坦的预测与牛顿理论的偏差，比人的一次心跳所用的时间还要短。而S301完全不同。它每跑完一圈，近日点就会前移大约2度。
这个进动的幅度是如此剧烈，以至于二级相对论效应开始变得不可忽略。比如引力红移，还有横向多普勒效应。这些现象此前在实验室里被观察到过，但现在S301提供了一个在自然界中直接加以研究的天然样本。更关键的意义在于，随着时间推移，S301有望成为检验广义相对论替代理论的对象。
让物理学家苦恼的一大难题，是广义相对论一直与量子理论合不来。有几个模型试图把两者统一起来，但它们的预测只有在极端条件下才跟广义相对论拉开距离。在相对论性高速下，有些差异可能显露出来，因为这些效应的量级跟速度与光速之比的平方或者立方有关。黑洞自转、它和恒星自转之间的相互作用，也在这个量级上开始显现。
即将到来的新一代大型望远镜，比如巨型麦哲伦望远镜，将有能力以极高的精度捕捉S301的光谱，从而测量这些二阶甚至更高阶的效应。届时，一颗在银河系中心狂奔的恒星，或许会为引力的真相写下最直接的注脚。
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