黑洞恆星系統的最新觀測再次驗證了愛因斯坦相對論？

在科學史上，愛因斯坦的相對論早已歷經無數次檢驗，但物理學家仍然不滿於此——因為在包括黑洞周圍的強引力場中，相對論效應還未被觀測到。而現在，一支德國團隊卻通過觀測銀河系中心黑洞及一顆恆星再次驗證了該古老的理論。

在科學家的觀測中，該恆星正在緩緩地朝這個名為「人馬座A」（Sagittarius A*或Sgr A*）的黑洞移動。然而對其進行研究卻困難重重，因為它距地球有2.6萬光年遠，且周圍裹著一層十分厚的星雲物質。為了穿透這些物質，天文學家只能使用紅外望遠鏡對其進行觀測。

在過去的幾年裡，科學家已經對高速經過Sgr A*的一部分恆星軌跡進行了探測；從軌跡中，他們不但能推斷出超級黑洞本身的存在，還能計算出它有多重——四百萬太陽質量。

然而，上述一系列研究在大多數情況下都未涉及到廣義相對論，因為它們與牛頓力學模型幾乎相差無幾。如果要展現顯著的相對論效應，就必須以無與倫比的精確度跟蹤軌道，以保證測出與牛頓模型相悖的那幾分鐘偏差。

於是，與Sgr A*最近的恆星S2就成了觀測相對論效應的最佳候選。每隔十六年，這顆恆星扁而長的橢圓軌道就會令其在極近的距離內掠過黑洞——這一距離只是太陽和海王星之間距離的四倍。兩者上次的擦肩而過之時處於2004年，科學技術還不夠精確，而對本次2018年的相遇，研究人員早已做好了準備。

對於2018年的相遇，德國科隆大學的天文學家Andreas Eckart的團隊將以儘可能高的精確度繪製S2的軌道，並打算使用位於智利的歐洲南方天文台大型望遠鏡近20年所收集的數據。「這是一項冗長的工作，」Eckart表示，但他們已經成功顯示S2的軌道與牛頓模型的預測不符，且與廣義相對論的預測」十分接近「。

牛頓預測，恆星會沿著同一橢圓形的軌道在宇宙中穿行；但相對論卻認為，當恆星與黑洞接近時，其軌道中心線會稍加偏移。這意味著軌道會與遠離Sgr A*黑洞時的軌道稍有不同。在近日發佈於《Astrophysical Journal》的論文中，該團隊表示已經觀測到了這兩個現象——中心線位移和軌道形狀變化。

然而，哈佛大學物理學家Abraham Loeb卻並不認為該研究足以支持相對論，因為其實驗誤差較大；但Abraham Loeb承認，該團隊正走在正確的道路上。「關鍵是，他們精確的測量能為日後的校正做好準備。」

隨著S2向Sgr A*接近，Eckart的團隊也開始著手準備一種新的觀測儀器，名為「GRAVITY」，該儀器能結合四台直徑8.2米大型望遠鏡中兩台的數據，進而形成一幅巨大的清晰圖像。「我們將達到一個更高的清晰度。」Eckart說，這可能在真正意義上驗證相對論。

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！