爱因斯坦的广义相对论再次被恒星绕超大质量黑洞运行的事实证明是正确的

史瓦西旋进

由欧洲南方天文台的甚大望远镜(VLT)所做的观测首次揭示了一颗恒星在银河系中心围绕特大质量黑洞运行,正如爱因斯坦广义相对论所预测的那样。它的轨道形状像一个玫瑰花形,而不是像牛顿引力理论预测的椭圆。这种效应被称为史瓦西旋进,以前从未在围绕超大质量黑洞的恒星上测量过。这个艺术家的印象说明了恒星轨道的岁差,为了更容易想象,夸张的效果。信贷:ESO / L。Calcada

观察结果ESOs甚大望远镜(VLT)首次透露了一颗星绕过超级分类黑洞在中央银河系搬迁就像爱因斯坦一般的相对论理论一样。它的轨道形状像一个玫瑰花形,而不是像牛顿引力理论预测的椭圆。这种长期追捧的结果是通过近30年来越来越精确的测量来实现的,这使科学家能够解锁潜伏在银河系的庞然大物的庞然大物。

“爱因斯坦的一般相对论预测,与牛顿重力一样,另一个物体的一个物体的绑定轨道不封闭,但在运动平面中前进。这种着名的效果 - 首先在阳光周围的地球汞的轨道中看到 - 是第一个有利于一般相对性的证据。一百年后,我们现在已经在银河系中心轨道轨道上的轨道上检测到了相同的效果。这种观察力突破加强了射手座A *的证据,即Sun的超级分配黑洞,Sun的质量为400万倍,“Max Planck德国和建筑师GARING在这是一个导致这一结果的30年长的计划中。

黑洞周围的星星轨道

这个模拟显示了恒星的轨道非常接近银河系中心的超大质量黑洞。其中一颗名为S2的恒星每16年绕轨道运行一次,它将于2018年5月非常接近黑洞。这是一个完美的实验室来测试引力物理学,特别是爱因斯坦的广义相对论。信贷:ESO / L。Calcada / spaceengine.org

人马座A*距离太阳26000光年,它周围密集的恒星团为在一个未被探索的极端重力状态下测试物理提供了一个独特的实验室。其中一颗恒星S2向超大质量黑洞扫近,距离最近的距离不到200亿公里(是太阳和地球距离的120倍),使其成为迄今为止在这个巨大质量黑洞周围的轨道上发现的距离最近的恒星之一。S2在接近黑洞时,以接近光速3%的速度在太空中疾驰,每16年绕轨道运行一次。MPE的Stefan Gillessen说:“在跟踪这颗恒星的轨道运行了超过25年之后,我们的精确测量可靠地检测到了S2在人马座a *附近的史瓦西旋进。”他领导了今天(2020年4月16日)发表在杂志上的测量分析天文学和天体物理学

大多数恒星和行星都有一个非圆形轨道,因此移动到它们周围旋转的物体更靠近并远离。S2的轨道消耗,这意味着它最接近的位置与叠加黑洞的位置随着每个转弯而变化,使得下一个轨道在前一个轨道上旋转,产生玫瑰色的形状。通用相对性提供了精确预测其轨道变化的变化和本研究的最新测量与理论完全匹配。这种效果,称为Schwarzschild Precess,从未测量过围绕超大的黑洞的明星。

银河系宽野视图

银河系中心的宽场视图。这种可见光宽敞的景观展示了在银河系中的中心的方向上的射手座(弓箭手)的富星云。整个图像充满了大量的明星 - 但远远待在灰尘云层后面隐藏,只能在红外图像中透露。此视图是从红色和蓝色光线的照片创建的,形成数字化天空调查的一部分2.视野约为3.5度x 3.6度。信用:ESO和数字化天空调查2.致谢:Davide de Martin和S. Guisard(www.eso.org/~ssguisard)

与ESO的VLT的研究也有助于科学家更多地了解我们银河系中心的超级分类黑洞附近。“因为S2测量遵循一般相对性,我们可以在Sagittarius A *周围设定有多少无形材料,例如分布式暗物质或可能的较小的黑洞。这对理解超大分离的黑洞的形成和演变非常令人兴趣,“该项目的法国领导科学家佩鲁琳和卡林彼得拉·佩林和卡林彼得说。

这一结果是S2星的27年来观察S2星级的高潮,最适合在智利的Atacama沙漠中的ESO VLT乐器。标记星的位置和速度的数据点数证明了彻底和速度准确性在新研究中:使用重力,SINFONI和NACO仪器的总共进行了330多种测量。因为S2需要数年的超级分类黑洞轨道,因此关注近三十年的明星至关重要,以解开其轨道运动的复杂性。

这项研究是由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的合作者进行的。这个团队组成了重力协作小组,以他们为VLT干涉仪开发的仪器命名,该仪器将所有4个8米高的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)。2018年,该团队报告了广义相对论预测的另一个效应:他们看到,当S2经过人马座A*附近时,接收到的光被拉长到更长的波长。“我们先前的结果已经表明,从恒星发出的光符合广义相对论。现在我们已经证明了这颗恒星本身感知到了广义相对论的影响,”葡萄牙天体物理和引力中心的研究员、引力项目的主要科学家之一保罗·加西亚说。

随着ESO即将到来的望远镜,该团队认为,他们能够看到更加昏厥的星星,甚至更接近超级分类的黑洞。“如果我们很幸运,我们可能会捕捉到足够近的星星,以至于他们实际上感受到了黑洞的旋转,”来自科隆大学的Andreas Eckart说,另一个项目的领先科学家。这将意味着天文学家能够测量两个数量,旋转和质量,其表征射手座A *并定义其周围的空间和时间。“这将再次成为一个完全不同的测试相对论,”Eckart说。

射手座星座

该图表显示了射手座A *所在的视野的位置 - 黑洞标有射手座(弓箭手)的红色圆圈。这张地图显示了在良好的条件下,唯一的眼睛可见的大部分恒星。信用:ESO,IAU和SKY&望远镜

参考:2020年4月16日,由引力协作组织的“探测到S2星在银河系中心大质量黑洞附近轨道上的史瓦西旋进”天文学和天体物理学
0004 - 6361/202037813 DOI: 10.1051 /

重力协作团队由r .邻接(德国,来自欧洲南方天文台(ESO)), a .阿莫林(葡京大学——Faculdade de Ciencias葡萄牙和Centro de Astrofisica e Gravitacao,坚持,大学葡京,葡萄牙(中心)),m . Baubock(来自马克斯•普朗克地外物理研究所、德国(MPE)),摩根大通(J.P.伯杰(大学格勒诺布尔阿尔卑斯,CNRS,法国格勒诺布尔(IPAG)和ESO), h .阀盖(ESO),W. Brandner (Max Planck Institute for Astronomy,海德堡,德国[MPIA]), V. Cardoso (CENTRA andc、日内瓦、瑞士),y Clenet (PSL大学巴黎天文台,法国,巴黎索邦大学、巴黎大学,Meudon,法国[LESIA], p·德齐乌(Sterrewacht莱顿,莱顿大学,荷兰和MPE), j·德克斯特(JILA,天体物理与行星科学系的杜安物理建筑物,科罗拉多大学博尔德美国和MPE), a籍(1日物理研究所、科隆大学、德国马普研究所(科隆)和射电天文学,波恩德国),F. Eisenhauer (MPE),新m.Förster Schreiber (MPE), P. Garcia(葡萄牙波尔图大学Engenharia学院和CENTRA), F. Gao (MPE), E. Gendron(莱西亚),R. Genzel (MPE,物理和天文学系,Le Conte厅,加州大学伯克利分校美国),美国gillesssen (MPE), m·哈比比(MPE), x Haubois(欧洲南方天文台,圣地亚哥,智利智利(ESO), t·亨宁(MPIA),美国hipple说道(MPIA), m . Horrobin(科隆),a Jimenez-Rosales (MPE), l . Jochum (ESO智利),l . Jocou (IPAG), a·考芙(ESO智利),p . Kervella (LESIA),美国神父(LESIA)诉Lapeyrere (LESIA) J.-B。Le Bouquin (IPAG), p .莉娜(LESIA), m·诺瓦克(英国剑桥大学天文研究所和LESIA), t·奥特(MPE), t . Paumard (LESIA), k . Perraut (IPAG), g .佩兰(LESIA), o . Pfuhl (ESO, MPE), g . Rodriguez-Coira (LESIA), j .上官(MPE),美国Scheithauer (MPIA), j . Stadler (MPE)版o . Straub写(MPE), c . Straubmeier(科隆),大肠Sturm (MPE),剩下Tacconi (MPE), f·文森特(LESIA), s·冯·Fellenberg (MPE),即Waisberg(粒子物理学和天体物理学,魏茨曼科学研究所,Israel和MPE)、F. Widmann (MPE)、E. Wieprecht (MPE)、E. Wiezorrek (MPE)、J. Woillez (ESO)和S. Yazici (MPE,科隆)。

ESO是欧洲最重要的政府间天文组织和世界上最富有成效的地面天文观测所天文学。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,以及智利的主持人状态与澳大利亚作为一个战略伙伴。ESO采用雄心勃勃的计划,专注于强大的地面观测设施的设计,建设和运营,使天文学家能够做出重要的科学发现。ESO也在促进和组织天文研究中的合作方面发挥着主导作用。ESO在智利运营三个独特的世界级观测网站:La Silla,Paranal和Chajnantor。在帕拉尔,ESO经营着非常大的望远镜及其领先的非常大的望远镜干涉仪以及两个调查望远镜,在红外线和可见光VLT调查望远镜工作的Vista。此外,在Paranal ESO将主持并运营Cherenkov望远镜阵列南部,这是世界上最大,最敏感的伽马射线天文台。ESO也是Chajnantor,Apex和Apex的两个设施的主要合作伙伴阿尔玛,最大的天文项目存在。在塞罗武器座上,靠近帕拉卡尔,ESO正在建造39米极其大的望远镜,这将成为“世界上最大的天空中最大的眼睛”。

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