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標題: 黑洞周圍恆星軌道呈花環狀運行﹐驗證廣義相對論的預測 [打印本頁]

作者: jiunn36 時間: 2020-5-25 01:34 AM 標題: 黑洞周圍恆星軌道呈花環狀運行﹐驗證廣義相對論的預測

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　　天文學家首次觀察到一顆恆星繞著銀河系中心超大質量黑洞(supermassive black hole)的軌道運行。而且﹐這顆恆星正依照愛因斯坦的廣義相對論預測的步調運行著。
　　天文學家使用位於智利阿他加馬沙漠(Atacama Desert)的歐洲南方天文台(European Southern Observatory)甚大望遠鏡(Very Large Telescope)來觀察這顆恆星。他們發現這顆恆星的軌道形狀如同花環狀(rosette)。
　　牛頓的重力理論認為恆星軌道呈現橢圓形﹐但事實不然。這顆恆星如愛因斯坦廣義相對論的預測﹐軌道隨時間而變化。德國馬克斯·普朗克地外物理學研究所(Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics)所長賴因哈德·根策爾(Reinhard Genzel)表示﹕「愛因斯坦的廣義相對論預測﹐不同於牛頓萬有引力定律所述﹐一物體在另一個物體周遭的束縛軌道(bound orbit)不是封閉的﹐而是在運動的平面上旋進(precession)。」。
　　根策爾所長表示﹕「這個著名的效應首見於水星圍繞太陽的軌道上﹐是第一個支持廣義相對論的證據。而100年後﹐我們再度偵測到同一個效應出現在一顆恆星上﹐這顆恆星繞著銀河系中心的緻密無線電波源(compact radio source)人馬座 A*(Sagittarius A*)運轉。這個觀測上的突破進一步證明了人馬座 A*絕對是超大質量黑洞的證據﹐其質量約為太陽質量的400萬倍。」。
　　人馬座 A*是在銀河系中央的超大質量黑洞﹐距離太陽26,000光年﹐而我們的太陽系則位於銀河系巨大螺旋臂的邊緣。
　　在黑洞周圍存在密集的恆星群﹐而其中之一是在本次觀測中被命名為S2的恆星﹐其最接近黑洞時的距離不到200億公里﹐是科學家發現圍繞黑洞運行的恆星中距離最近的其中之一。當它接近黑洞時﹐會以3%的光速移動﹐繞行黑洞一周需要16個地球年。
　　在馬克斯·普朗克地外物理學研究所領導量測分析的史蒂芬·吉列森(Stefan Gillessen)表示﹕「追蹤這顆恆星在軌道運行約25年後﹐我們精密的量測能檢測出人馬座 A*周圍的S2恆星﹐其路徑為史瓦西進動(Schwarzschild precession)。」。
　　恆星運行的軌道通常不是完美的圓形。相反地﹐恆星自轉時會向內或向外移動。S2最靠近黑洞的距離會隨時間改變﹐有助於形成花環狀的軌道結構﹐而廣義相對論預測了運行軌道的改變。
　　此外﹐廣義相對論也讓科學家更了解銀河系中心的區域﹐此區域被銀河系的氣體及灰塵所遮掩﹐從地球很難進行觀測。對這顆恆星觀測27年﹐讓此區域的觀測變得可能。而研究團隊先前也發現當這顆恆星的光接近黑洞時﹐其光線也符合廣義相對論。
　　此研究共同作者暨葡萄牙天體物理及萬有引力中心(Portugal's Centre for Astrophysics and Gravitation)研究員保羅·加西亞副教授(Paulo Garcia)表示﹕「我們先前的結果顯示﹐從恆星發出的光符合廣義相對論。而現在﹐我們又發現這顆恆星本身也會受到廣義相對論的影響。」。
　　未來的新型望遠鏡﹐例如歐洲南方天文台的甚大望遠鏡﹐將能觀測到更靠近黑洞的微弱恆星。研究共同作者暨德國科隆大學(Cologne University)的計畫主持人安德烈·艾卡特教授(Andreas Eckart)表示﹕「若幸運的話﹐我們可能會捕捉到離黑洞夠近的恆星﹐這些恆星能實際感受到黑洞的旋轉及自旋。這將為檢驗相對論提供另一種完全不同等級的支持。」。

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