天文學(xué)家在銀河系中央捕捉到將恒星釋放的光線(xiàn)拉長(zhǎng)的巨大黑洞。這是他們追蹤該恒星近30年后發(fā)現(xiàn)的。根據(jù)愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論，光線(xiàn)在強(qiáng)引力場(chǎng)作用下會(huì)出現(xiàn)拉伸現(xiàn)象，波長(zhǎng)變長(zhǎng)，向紅波方向偏移，這被稱(chēng)為引力紅移效應(yīng)。但時(shí)至今日，它從未在黑洞附近被探測(cè)到。

隨著S2恒星通過(guò)銀河系中央的黑洞，強(qiáng)大的引力場(chǎng)導(dǎo)致其光線(xiàn)向光譜的紅色一端移動(dòng)。圖片來(lái)源：ESO/M。Kornmesser

“這是朝更深入地理解黑洞邁出的一大步。”未參與該研究的荷蘭拉德堡德大學(xué)天文學(xué)家Heino Falcke表示，“能發(fā)現(xiàn)這些效應(yīng)真的非常神奇?！?/p>

近日，一個(gè)由德國(guó)馬普學(xué)會(huì)地外物理研究所科學(xué)家Reinhard Genzel領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)在一場(chǎng)新聞發(fā)布會(huì)上宣布了這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)，并在《天文和天體物理學(xué)》雜志上報(bào)告了相關(guān)成果。該團(tuán)隊(duì)包括來(lái)自德國(guó)、法國(guó)、葡萄牙、瑞士、荷蘭、美國(guó)和冰島各高校及研究機(jī)構(gòu)的科學(xué)家。

自上世紀(jì)90年代初，Genzel和同事便開(kāi)始追蹤這顆名為S2的恒星的“旅程”?？茖W(xué)家利用位于智利的歐洲南方天文臺(tái)的望遠(yuǎn)鏡，觀察了其在黑洞附近以橢圓形軌道運(yùn)行的情況。該黑洞位于射手座，距離地球2.6萬(wàn)光年，質(zhì)量是太陽(yáng)的400萬(wàn)倍，并在銀河系產(chǎn)生了強(qiáng)大的引力場(chǎng)。這使其成為搜尋相對(duì)論效應(yīng)的理想目標(biāo)。

今年5月19日，S2以史上最近的距離經(jīng)過(guò)該黑洞。研究人員利用包括GRAVITY在內(nèi)的設(shè)備追蹤了這顆恒星的路徑。

GRAVITY是一臺(tái)將來(lái)自4臺(tái)8米望遠(yuǎn)鏡的光線(xiàn)結(jié)合在一起的干涉儀，在2016年投入使用?！坝辛宋覀兊臏y(cè)量結(jié)果，通向黑洞物理學(xué)的大門(mén)被進(jìn)一步打開(kāi)?！瘪R普學(xué)會(huì)天文學(xué)家、團(tuán)隊(duì)成員Frank Eisenhauer表示。

GRAVITY測(cè)量了S2在天空的移動(dòng)。最快時(shí)，這顆恒星以每秒超過(guò)7600公里（接近光速的3%）的速度呼嘯而過(guò)。與此同時(shí)，另一臺(tái)設(shè)備研究了S2在和黑洞擦肩而過(guò)時(shí)以多快的速度向地球移動(dòng)以及離開(kāi)地球。將觀測(cè)結(jié)果整合在一起，Genzel團(tuán)隊(duì)得以探測(cè)到這顆恒星的引力紅移——描述其光線(xiàn)如何因黑洞的巨大引力被拉伸至更長(zhǎng)的波長(zhǎng)。此類(lèi)現(xiàn)象同廣義相對(duì)論的預(yù)測(cè)相一致。

“我們測(cè)量的結(jié)果無(wú)法再用牛頓理論來(lái)描述了?！卑屠杼煳呐_(tái)天體物理學(xué)家Odele Straub表示。對(duì)S2的進(jìn)一步觀測(cè)或許能證實(shí)愛(ài)因斯坦的其他預(yù)測(cè)，比如旋轉(zhuǎn)黑洞如何拖拽周?chē)臅r(shí)空并拉著它們一起移動(dòng)。

“他們的數(shù)據(jù)看上去很漂亮?！奔又荽髮W(xué)洛杉磯分校天文學(xué)家Andrea Ghez表示。Ghez帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)正利用夏威夷的凱克天文望遠(yuǎn)鏡測(cè)量該恒星圍繞銀河系中央運(yùn)行的路徑。

S2繞黑洞完整繞行一周需要16年，因此兩個(gè)團(tuán)隊(duì)都在迫切等待著今年其近距離圍繞黑洞運(yùn)轉(zhuǎn)的情形。不過(guò)，Ghez表示，其團(tuán)隊(duì)計(jì)劃在今年年底發(fā)表研究成果。

今年4月，在地球上能看到的視線(xiàn)范圍內(nèi)，S2達(dá)到最高速度。5月，它運(yùn)行至距銀河系中央最近的地方。而在8月末和9月初，它將減緩至最低速度。“我們花了20年才等到這一刻。”Ghez說(shuō)，“我們會(huì)等待，直到這次繞行結(jié)束，這顆恒星做完所有它要做的事情?！?/p>

隨著第三次事件即將到來(lái)，從地球上看其穿行方向，S2已經(jīng)開(kāi)始減慢速度。上述美國(guó)和歐洲團(tuán)隊(duì)都在密切觀察?！艾F(xiàn)在已經(jīng)到了最緊張的時(shí)刻。”Ghez說(shuō)，“這格外令人興奮?！?/p>