在我们银河系的中心,有数百颗恒星紧紧围绕着一个超大质量黑洞运行。这些恒星中大多数都有足够大的轨道,这些恒星的运动可以用牛顿引力和开普勒运动定律来描述。但有几颗轨道却非常接近,只能用爱因斯坦的广义相对论才能准确描述。其中轨道最小的恒星被称为S62,它距离黑洞最近,移动速度超过光速的8%,银河系中心超大质量黑洞被称为人马座A*(SgrA*)。
人马座A*黑洞质量约为400万个太阳,天文学家之所以知道这一点,是因为围绕它运行的恒星。几十年来,天文学家一直在追踪这些恒星的运动。通过计算它们的轨道,可以确定人马座A*黑洞的质量。近年来,天文观测变得如此精确,以至于天文学家可以测量出比黑洞质量更多的东西,可以检验我们对黑洞的理解是否准确,研究最多的是围绕人马座A*黑洞运行的恒星被称为S2。
S2是一颗明亮的蓝色巨星,每16年绕黑洞一圈,在2018年S2最近地接近了黑洞,让天文学家有机会观察到一种被称为引力红移的相对论效应。如果你把球抛向空中,它会在上升时减速。如果你向天空照射一束光,光不会减速,但重力确实会带走它的部分能量。因此,光束在飞引力井时会发生红移。天文学家在实验室中观察到了这种效果,但S2让我们有机会在现实世界中看到它。
果然,在近距离接近时,S2的光正如预期的那样变成了红色。多年来,S2一直被认为是最接近SgrA*黑洞的恒星,但后来S62被发现了。正如一个研究小组现在发现的那样,这颗恒星的质量大约是太阳的两倍,每10年绕黑洞一周。根据计算,在距离最接近的情况下,速度接近光速的8%。这是如此之快,以至于时间膨胀开始发挥作用,在S62的一个小时将持续大约100地球分钟。
由于距离人马座A*黑洞很近,S62并不遵循开普勒式的轨道,它不是一个简单的椭圆,而是一个螺旋图运动,它的轨道在每个周期大约前进10度。这种相对论进动最初是在水星轨道上观察到的,但影响很小。在未来的2022年秋天,S62将再次近距离接近人马座A*黑洞,它应该可以让天文学家比接近S2更精确地测试相对论的影响。研究使用甚大望远镜和近红外仪器光谱仪在近红外积分场观测(SINFONI)和NAOS+NACO:
对这个S系成员进行了SgrA*黑洞完整轨道的监测,从去卷积图像中推导出位置信息,研究将Lucy-Richardson算法应用于数据集。NACO的观测覆盖了2002年至2018年的数据,SINFONI的数据涵盖了2008-2012年。可以在两个数据集中可靠地跟踪S62。此外为2019年的数据改编了一个Keck数据点,该数据点支持在S2中心附近通过后重新识别S62。