北京
你可能也好奇过，银河系中心那个400多万倍太阳质量的庞然大物身边，到底有什么在围着它转？
最近，天文学家真的发现了一颗创纪录的恒星——它贴着银河系中心的超大质量黑洞人马座A*（Sgr A*）飞行，轨道之紧、速度之快，都刷新了人类已知的纪录。
说人话就是：这颗名为S301的暗弱恒星，每8.7年就绕黑洞一圈，掠过黑洞时速度高达每小时9000万公里——大约是光速的8%。这项发现发表在8月19日的《自然》杂志上。
一颗恒星，怎么就成了“探针”？
银河系中心距离我们大约2.7万光年，那里是物理学家眼中最棒的自然实验室之一。几十颗恒星挤在黑洞周围，沿着紧凑的轨道狂奔。因为那里的引力比我们能近距离观察的任何地方都强得多，这些恒星的行为方式，是牛顿当年完全预料不到的。
研究共同作者、德国马克斯·普朗克地外物理研究所的博士生Felix Mang告诉Live Science：“围绕Sgr A*运行的恒星非常有趣，它们就像弯曲时空中的发光探针。”
在此之前，承担这项“探针”任务的是恒星S2，一颗沿16年轨道运行的明亮恒星。天文学家从1992年就开始追踪S2，已经看它跑完两圈多。正是对S2的追踪，验证了爱因斯坦广义相对论的两个标志性预言：
- 光从黑洞引力井中爬出来时会损失能量（引力红移）
- 它的椭圆轨道会缓慢旋转（史瓦西进动）
这两个效应只取决于黑洞的质量。但黑洞还有第二个属性——自转。一个旋转的黑洞会拖拽周围的空间结构，就像勺子搅动蜂蜜一样。这种效应随距离衰减得极快，所以想测量黑洞的自转，就需要一颗比S2更贴近黑洞的恒星。
为什么测量黑洞自转这么重要？
测量黑洞自转的意义，远不止于黑洞物理本身。Mang解释说，广义相对论的一个主要替代理论“假设存在一种基本的第五种力，它可能源于引力与量子物理的统一”。
如果爱因斯坦的预言有任何偏差，都应该在这些恒星的轨道中显现出来。到目前为止，他说，“只能推导出一个上限，而且这个上限在逐步降低”——换句话说，爱因斯坦的理论目前还没有裂缝，但测试一直在收紧。
S301：一颗刷新纪录的暗弱恒星
S301就是在这样的背景下登场的。天文学家利用欧洲南方天文台甚大望远镜上的GRAVITY仪器拍摄的图像，在银河系中心发现了一颗新的、非常暗弱的恒星，它正以极近的距离绕黑洞飞行。
这颗恒星的轨道有多夸张？
- 公转周期：8.7年（S2是16年）
- 掠过黑洞时速度：约9000万公里/小时（约光速的8%）
- 轨道之紧：大约十年内，研究人员就应该能测量出它的自转速率
想想看，我们太阳系最内侧的水星绕太阳一圈要88天，而S301绕一个质量是太阳430万倍的黑洞一圈只要8.7年——这还是在它贴着黑洞边缘飞的情况下。
接下来会发生什么？
S301的发现，意味着天文学家手里多了一把更锋利的尺子。因为它的轨道比S2更贴近黑洞，受黑洞自转拖拽效应的影响会强得多。如果广义相对论有任何需要修正的地方，S301的轨道变化可能会率先露出马脚。
当然，科学界目前还没定论。但可以确定的是，未来十年，这颗暗弱的恒星会成为天文学家紧盯的目标。它每8.7年绕一圈，意味着我们不用等太久就能看到它完整跑完一圈，从而获得更精确的轨道数据。
这件事本身没那么神奇，真正神奇的是：一颗暗弱的恒星，正在以每小时9000万公里的速度，帮我们检验人类对宇宙最基本的理解是否正确。
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