银河系中心,一颗看似普通的恒星,正在上演近乎不可思议的“贴身过弯”。
它冲到最危险的位置时,速度约为每秒2.5万公里,相当于光速的8.3%。一秒能飞过大半个地球周长,一分钟接近4倍地月距离。可它面对的,是质量约为太阳430万倍的超大质量黑洞。
更反常的是:它没有被吞掉,反而一次次绕回来。
艺术示意图:恒星高速掠过超大质量黑洞;画面并非S301的真实照片。
8.7年一圈,它把“弯道”压到极限
这颗恒星编号为S301,是目前确认的第301颗银河系中心S星。它的质量约为太阳的1.5倍,绕人马座A*运行一周只需8.7年,是已知公转周期最短的S星。
S301的轨道不是圆,而是一枚被强烈拉长的椭圆。最近时,它距离黑洞约24个天文单位,相当于日地距离的24倍,或人马座A*约140个史瓦西半径。若把这个黑洞放到太阳的位置,它的事件视界会落在水星轨道内侧,而S301最近会从天王星与海王星轨道之间掠过。
它没被吞噬,并不神秘:只要没有越过事件视界,并拥有足够的切向速度,天体就能绕过黑洞再度远离。所谓“8%光速”,也是最近点的峰值,而不是整圈都保持这个速度。
2017年至2025年的红外观测重建出S301的狭长轨道;中心标注点为人马座A*。
每绕一圈,轨道都会“拧”过去2度
如果只用牛顿引力计算,S301每次应该沿几乎相同的椭圆返回;广义相对论却预言,强引力会让轨道近心点不断向前移动。研究团队给出的幅度约为每圈2度,也就是7200角秒。
作为对比,水星因广义相对论产生的额外进动约为每世纪43角秒,折合每圈仅约0.1角秒。虽然两者环境不同,但这个数量级对比说明:S301把相对论效应放大到了更容易追踪的程度。其光线还会留下引力红移和横向多普勒效应。
人马座A*的射电成像;亮环来自黑洞周围发光物质,中央暗区对应黑洞阴影。
真正的目标,是测出黑洞如何“拖动时空”
旋转黑洞不只会弯曲时空,还会像搅动黏稠液体一样拖拽周围时空,这叫“参考系拖曳”。它会让S301的轨道平面发生极微小偏转。论文模拟显示,相比周期约16年的著名恒星S2,S301对黑洞自旋留下的差异更敏感。
模型中红、蓝曲线代表不同自旋情形;S301累积的轨道差异明显大于S2。
研究者估计,若近红外干涉测量持续保持现有精度,约十年尺度就可能从轨道中识别自旋信号,未来超大口径望远镜的光谱观测还能进一步检验更高阶效应。
但边界必须说清:这项结果目前来自预印本;S301太暗,银河系中心又被尘埃遮挡,现阶段主要测到的是位置变化,关键光谱仍难取得。每秒2.5万公里是轨道拟合得到的峰值,自旋信号则是待验证的预测。它也许会成为测量黑洞自旋的天然探针,但真正的大考,才刚刚开始。
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