科学家这次又锁定了哪个目标来考验爱因斯坦的广义相对论呢?答案是我们银河系的超大质量黑洞。通过观察S2恒星在黑洞周围的种种行为长达24年,加州大学洛杉矶分校团队再次验证了等效原理,尽管至今不少人提出对广义相对论的质疑,事实告诉我们这项理论依然坚如磐石。
若问地球方圆100万光年内最极端的天体是谁,当属银河系中心的超大质量黑洞人马座A*,其质量达太阳400万倍,是测试爱因斯坦广义相对论的最佳对象之一。
由加州大学洛杉矶分校天文学家Andrea Ghez领导的团队,自1995年起就开始利用凯克望远镜观察名为“S2”的恒星与人马座A* 的交互,该恒星周期约16年,轨道离心率极高;时光荏苒,一转眼来到2018年,S2恒星出现在最靠近黑洞的位置(离黑洞事件视界约只有180亿公里,或者说海王星公转轨道直径的2倍长)。
S2恒星轨道。
广义相对论预测此时恒星光会受黑洞引力影响,在观测上出现“重力红移(Gravitational redshift)”现象,当年,马克斯·普朗克外空物理学研究所天体物理学家Reinhard Genzel团队证实了这项预测,并发现S2恒星的速度被黑洞引力提高达到光速2.7%(约时速2,500万公里)。
而Andrea Ghez团队长达24年的研究最近发布,则以独立数据再度佐证S2恒星的光被黑洞引力拉伸,其重力红移结果与爱因斯坦广义相对论的预测一致,而与牛顿的预测结果有5个标准差,简单说,在大尺度下完全可以排除牛顿的万有引力定律。
S2恒星在去年3月达到最大视距速度(line-of-sight velocity),同年9月视距速度又降至最低,Andrea Ghez团队将这段期间的光谱数据与1995~2017年的观测结果相结合,以三维方式重建恒星轨道,再次验证广义相对论中的等效原理。
此外,新研究也算出人马座A * 更精准的的质量与距离:3,946,000倍太阳质量,不确定性1.3%;和地球的距离为7,946秒差距(25,900光年),不确定性仅0.7%。
面对宇宙最深不可测的天体,爱因斯坦又一次夺得胜利,广义相对论至今还没有让我们走向歧途。新论文发布在《科学》期刊。
(首图来源:UCLA视频截屏)