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分享 網管 - 科學新知 | 2020-04-18 | 人氣:269

 

2020 年 04 月 17 日

S2 恆星軌道進動完全吻合廣義相對論,愛因斯坦再度勝出

 

歐洲南方天文台

圍繞銀河系中心超大質量黑洞人馬座 A*運轉的 S2 恆星,是天文學家最喜歡拿來驗證愛因斯坦的研究對象;經過近 30 年監測,現在一篇新研究發現 S2 恆星軌道發生微小變化,並且該運動與愛因斯坦的理論完全吻合。

 

在銀河系的中心,有數百顆恆星都圍繞著超大質量黑洞人馬座 A* 運行。數十年來,科學家一直在追蹤恆星的運動,這是測試愛因斯坦廣義相對論最好的場所之一,在這當中,最接近黑洞的 S2 恆星最特別,其軌道週期約 16 年。

如果根據牛頓對重力場的描述,那麼 S2 恆星應以橢圓軌道運行,每趟週期都應沿著與上一個軌道完全相同的路徑前進,然而近代數據分析顯示:事實並非如此。相反地,S2 恆星如廣義相對論預測那般,軌道隨著時間推移而變化。

一組研究團隊分析甚大望遠鏡觀察 S2 恆星長達 27 年的數據,首次證實恆星出現史瓦西進動(Schwarzschild precession)──就像你搖呼拉圈,軌跡不可能永遠留在同一平面,而可能上下偏移。這種進動最早在約一個世紀前水星繞行太陽的軌道中觀測到,而現在新研究表明,即使在最極端重力環境下,愛因斯坦理論依然成立。

 

▲ S2 恆星的史瓦西進動。

此外,廣義相對論方程還可精確預測軌道變化,計算結果也與 S2 的實際觀測值精確匹配。

這篇新論文也不是第一個利用 S2 恆星來驗證廣義相對論的研究了。自 1990 年代以來,天文學家就開始密切注視這顆恆星,2018 年時,馬克斯‧普朗克地外物理學研究所(Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik,MPE)團隊研究證實,S2 恆星在接近人馬座 A* 時其重力紅移數據與牛頓預測的不一致、但與廣義相對論的預測完全一致,隔年,另一組獨立研究也證實了這些結果。

現在,馬克斯‧普朗克地外物理學研究所團隊繼續使用 1992~2019 年底的觀測數據進行逾 300 次測量,目的為檢測恆星是否也如廣義相對論預測出現史瓦西進動,結果也證明愛因斯坦又成功了。

天體物理學家 Guy Perrin、Karine Perraut 等人表示由於 S2 恆星完美遵循了廣義相對論預測,代表我們將能對人馬座 A* 周圍存在多少不可見物質(如暗物質、或可能存在較小的黑洞等)進行嚴格限制,讓我們進一步理解超大質量黑洞的形成和演化。

新論文發表在《天文與天體物理學報》(Astronomy & Astrophysics)。

原文網址:https://technews.tw/2020/04/17/schwarz ... -hole-general-relativity/