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爱因斯坦的广义相对论再次被证明是正确的恒星轨道超大质量黑洞

爱因斯坦的广义相对论再次被证明是正确的恒星轨道超大质量黑洞

用奥兹的超大望远镜(VLT)进行的观测首次揭示出,一颗恒星围绕银河系中心的超大质量黑洞运行,正如爱因斯坦的广义相对论所预测的那样。它的轨道形状像一个玫瑰形,而不像牛顿的引力理论所预测的椭圆。这个期待已久的结果是在近30年里通过越来越精确的测量才得以实现的,这使得科学家们能够解开潜伏在我们星系中心的巨兽之谜。

爱因斯坦的广义相对论预言,一个物体围绕另一个物体的束缚轨道不像牛顿引力那样是闭合的,而是在运动平面上向前进的。这种著名的效果。首次发现是在水星环绕太阳的轨道上。是第一个支持广义相对论的证据。一百年后的今天,我们已经在银河系中心的致密射电源人马座a *周围的一颗恒星的运动中发现了同样的效应。这一观测上的突破强化了人马座A*一定是一个质量是太阳400万倍的超大质量黑洞的证据。德国加兴的马克斯·普朗克地外物理研究所(MPE)主任Reinhard Genzel说,他是导致这一结果的长达30年的项目的设计者。

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人马座A*距离太阳26000光年,它周围密集的恒星群为在一个从未被探索过的极端重力环境中测试物理学提供了一个独特的实验室。其中一颗名为S2的恒星向超大质量黑洞扫射,距离它最近的距离不到200亿公里(是太阳到地球距离的120倍),这使它成为迄今为止在这个巨大的黑洞周围轨道上发现的距离最近的恒星之一。在离黑洞最近的时候,S2以接近光速3%的速度在太空中飞驰,每16年完成一次轨道运行。在跟踪这颗恒星在其轨道上运行了25年之后,我们的精密测量技术能够很好地探测到它在人马座周围轨道上的史瓦西岁差。今天(2020年4月16日)发表在《天文学》杂志上的测量结果分析的领头人、MPE的Stefan Gillessen说。天体物理学。

大多数恒星和行星都有一个非圆轨道,因此它们会离它们旋转的物体越来越近或越来越远。s2s轨道的进动,意味着它离超大质量黑洞最近的点的位置会随着每一次旋转而改变,这样下一个轨道就会相对于前一个轨道旋转,形成玫瑰花状。广义相对论精确地预测了它的轨道变化有多大,而这项研究的最新测量结果与理论完全吻合。这种被称为史瓦西岁差的效应,以前从未被测量过对于一个围绕超大质量黑洞的恒星。

爱因斯坦的广义相对论再次被证明是正确的恒星轨道超大质量黑洞

这项使用eso&s VLT进行的研究还有助于科学家进一步了解银河系中心特大质量黑洞附近的情况。由于S2的测量完全符合广义相对论,我们可以严格限制在人马座周围存在的不可见物质的数量,比如分布的暗物质或可能存在的小黑洞。这对于理解超大质量黑洞的形成和演化具有重要意义。该项目的法国首席科学家盖伊·佩兰(Guy Perrin)和卡琳·佩罗(Karine Perraut)说。

这个结果是对S2星27年观测的结果,在这段时间的大部分时间里,位于智利阿塔卡马沙漠的ESO&rsquo ' s VLT使用了一批仪器。标出星星位置和速度的数据点的数量证明了这项新研究的彻底性和准确性:研究小组利用重力、声波和naco等仪器总共进行了330多次测量。由于S2绕超大质量黑洞的轨道运行需要数年时间,因此,在近30年的时间里跟踪这颗恒星,以解开其轨道运动的复杂之处,是至关重要的。

该研究由MPE的Frank Eisenhauer领导的一个国际团队与来自法国、葡萄牙、德国和ESO的合作者进行。该团队以他们为VLT干涉仪开发的仪器命名,该干涉仪将四架8米VLT望远镜的光线组合成一个超级望远镜(分辨率相当于直径130米的望远镜)。该团队在2018年报告了广义相对论预测的另一种效应:他们看到S2接收到的光被拉长了,因为这颗恒星经过人马座A*附近。我们先前的结果表明,从恒星发出的光符合广义相对论。现在我们已经证明,恒星本身也受到广义相对论的影响。保罗·加西亚说,他是葡萄牙天体物理与引力中心的研究员,也是引力项目的主要科学家之一。

借助即将推出的超大望远镜,研究小组相信,他们将能够看到更暗淡的恒星在离超大质量黑洞更近的轨道上运行。如果我们幸运的话,我们可能会捕捉到离我们足够近的恒星,使它们能够真正感受到黑洞的旋转和自旋。来自科隆大学的Andreas Eckart说,他是该项目的另一位主要科学家。这意味着天文学家将能够测量人马座A*的两个物理量:自旋和质量,并定义它周围的空间和时间。那将又是一个完全不同水平的相对论测试。埃卡特说。

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银河中心附近恒星S2轨道史瓦西岁差的探测银河系中心附近大质量黑洞史瓦西岁差的探测引力合作,2020年4月16日,天文学天体物理学。

0004 - 6361/202037813 DOI: 10.1051 /

GRAVITY协作小组由R.Abuter(欧洲南方天文台,德国加钦[ESO])组成,A.阿莫林(利斯博亚大学;俄罗斯大学。",欧洲南方天文台),德国 西埃卡奇法;葡萄牙和阿斯特鲁普中心;西卡·格拉维塔·卡西迪尔;[阿蒂尔;o,IST,利斯波亚大学,葡萄牙[CENTRA];M.Baub öck(马克斯·普朗克外星研究所,加辛,德国[MPE]),J.P.Berger,CNRS,格勒诺布尔,法国[IPAG]和ESO,H.邦内特(ESO),W.布兰德纳(马克斯·普朗克天文学研究所,德国海德堡[MPIA]),V.卡多佐(CENTRA和CERN,Gen_egrave; i, 瑞士), Y. Cl _eacute; Net (巴黎天文台, 大学 ,急性大学; PSL, CNRS, 索邦大学-大学,法国[巴黎, 梅顿] , 法国 [LESIA], P.T. de Zeeuw (斯特雷瓦·莱顿, 莱顿大学, 荷兰和MPE), J. 德克斯特 (天体物理和MPE),JILA,Duane,来自美国科罗拉多大学博尔德分校和MPE,A.Eckart(第一研究所, 德国科隆大学[科隆]和马克斯·普朗克射电天文学研究所,德国波恩,F.艾森豪尔(MPE),N.M.Fö斯特·施赖伯(MPE),P.加西亚(恩根哈里亚大学,波尔图大学,葡萄牙和CENTRA),F.Gao(MPE),E.Gendron(LESIA),R.Genzel(MPE,上述,美国加州大学伯克利分校的Le Conte Hall),S.Gillessen(MPE),哈比比先生,X.豪布瓦(欧洲南方天文台,智利圣地亚哥[智利ESO]),T。 海宁(MPIA)、S.希普勒(MPIA)、M.霍罗宾(科隆)、A.吉姆·埃库;内兹-罗萨莱斯(MPE)、L.乔丘姆(智利)、L.乔库(IPAG)、A.考弗(智利ESO)、P.克韦拉(莱西亚)、拉库尔(莱西亚)、拉佩耶尔·埃格雷夫Le Bouquin(IPAG),P.L&急性;na(LESIA),M.诺瓦克(英国剑桥和LESIA天文学研究所),T.Ott(MPE),T.Paumard(LESIA),K.Perraut(IPAG),G.Perrin(LESIA),O. 普福尔(ESO,MPE),G.罗德·阿穆尔;盖兹-科伊拉(莱西亚),J.尚关(MPE),S.Scheithauer(MPIA),J.斯塔德勒(MPE),O.斯特劳布(MPE),C.斯特劳布迈尔(科隆),E.斯特姆(MPE),L.J.Tacconi(MPE),F.文森特(莱西),冯·费伦伯格(MPE),I.怀斯伯格(以色列魏茨曼科学研究所和MPE的粒子和天体物理学系),F.维德曼(MPE),E.威普雷希特(MPE),E.维佐雷克(MPE),J.沃莱兹(ESO)和S.亚齐奇(MPE,科隆)。

ESO是欧洲最重要的政府间天文组织,也是迄今为止世界上最具生产力的地面天文台。它有16个成员国:奥地利、比利时、捷克共和国、丹麦、法国、芬兰、德国、爱尔兰、意大利、荷兰、波兰、葡萄牙、西班牙、瑞典、瑞士和英国,还有东道国智利和作为战略伙伴的澳大利亚。ESO实施了一项雄心勃勃的计划,重点是设计、建造和运行强大的地面观测设施,使天文学家能够做出重要的科学发现。ESO还在促进和组织天文研究合作方面发挥了主导作用。ESO在智利运营着三个独特的世界级的观测地点:La Silla、Paranal和Chajnantor。在帕拉纳尔,ESO运行着超大型望远镜和世界领先的超大型望远镜干涉仪,以及两台巡天望远镜,VISTA在红外线和可见光VLT巡天望远镜中工作。此外,在帕拉纳尔ESO还将主办和运行切伦科夫南阵望远镜,这是世界上最大、最灵敏的伽玛射线天文台。ESO也是Chajnantor、APEX和ALMA两个现有最大天文项目的主要合作伙伴。在帕拉纳尔附近的塞罗阿尔玛区域,ESO正在建造39米高的超大望远镜ELT,它将成为世界上最大的天空之眼。

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