S2 恆星軌道進動完全吻合廣義相對論，愛因斯坦再度勝出
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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 ）。
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