【資料圖】

天文學(xué)家比以往任何時候都更精確地測量了人馬座A*（Sgr A*）附近的四顆恒星的位置和速度，這個超大質(zhì)量黑洞潛伏在銀河系的中心。這些恒星--被稱為S2、S29、S38和S55--的運動被發(fā)現(xiàn)遵循的路徑表明，銀河系中心的質(zhì)量幾乎完全來自于人馬座A*黑洞，留給其他東西的空間非常小。

研究小組在這項研究中使用了各種先進的天文設(shè)施。為了測量恒星的速度，他們使用了夏威夷毛納克亞山頂附近的雙子座北望遠鏡的雙子座近紅外光譜儀（GNIRS）的光譜，這是國際雙子座天文臺的一部分，是美國國家科學(xué)基金會NOIRLab的一個項目，以及歐洲南方天文臺超大型望遠鏡上的SINFONI儀器。VLTI上的GRAVITY儀器被用來測量恒星的位置。

“我們非常感謝雙子座天文臺，它的GNIRS儀器為我們提供了所需的關(guān)鍵信息，”馬克斯-普朗克地外物理研究所所長、2020年諾貝爾物理學(xué)獎共同獲得者Reinhard Genzel說?！斑@項研究顯示了世界范圍內(nèi)的合作是最好的?！?/p>

銀河系的銀河中心距離太陽大約27000光年，包含了緊湊的射電源Sgr A*，天文學(xué)家已經(jīng)確定它是一個質(zhì)量為太陽430萬倍的超大質(zhì)量黑洞。盡管經(jīng)過數(shù)十年的艱苦觀測--并因發(fā)現(xiàn)Sgr A*的身份而獲得諾貝爾獎-但一直難以最終證明這一質(zhì)量的大部分只屬于超大質(zhì)量黑洞，而不包括大量的物質(zhì)，如恒星、較小的黑洞、星際塵埃和氣體或暗物質(zhì)。

“隨著2020年諾貝爾物理學(xué)獎的頒發(fā)，確認Sgr A*確實是一個黑洞，我們現(xiàn)在想更進一步。我們想了解在銀河系中心是否還隱藏著其他東西，以及廣義相對論是否確實是這個極端實驗室中正確的引力理論，”參與這項工作的天文學(xué)家之一Stefan Gillessen解釋說。“回答這個問題最直接的方法是密切跟蹤經(jīng)過Sgr A*附近的恒星的軌道?！?/p>

愛因斯坦的廣義相對論預(yù)測，圍繞超大質(zhì)量緊湊天體的恒星軌道與經(jīng)典牛頓物理學(xué)預(yù)測的軌道有微妙的不同。特別是，廣義相對論預(yù)測，恒星的軌道將描畫出一個優(yōu)雅的玫瑰花形狀--這種效應(yīng)被稱為“史瓦西進動”。為了實際看到恒星劃出這個“花環(huán)”，研究小組追蹤了緊鄰Sgr A*的四顆恒星的位置和速度--稱為S2、S29、S38和S55。研究小組通過對這些恒星前進程度的觀察，使他們能夠推斷出Sgr A*內(nèi)部的質(zhì)量分布。他們發(fā)現(xiàn)，S2星軌道內(nèi)的任何擴展質(zhì)量最多只相當于超大質(zhì)量黑洞質(zhì)量的0.1%。

測量我們銀河系超大質(zhì)量黑洞周圍的遙遠恒星軌道的微小變化是令人難以置信的挑戰(zhàn)。為了取得進一步的發(fā)現(xiàn)，天文學(xué)家們不僅要突破科學(xué)的界限，而且要突破工程的界限。即將推出的超大型望遠鏡（ELT），如巨型麥哲倫望遠鏡和三十米望遠鏡（都是美國ELT計劃的一部分），將使天文學(xué)家能夠以更高的精度測量更暗的恒星。

“我們將在未來進一步提高我們的靈敏度，使我們能夠跟蹤更暗淡的天體，”Gillessen總結(jié)道?！拔覀兿Ｍ芴綔y到比我們現(xiàn)在看到的更多的東西，讓我們有一個獨特的、毫不含糊的方法來測量黑洞的旋轉(zhuǎn)?！?/p>

美國國家科學(xué)基金會雙子座項目官員Martin Still說：“雙子座觀測站繼續(xù)為我們的銀河系和其中心的巨大黑洞的性質(zhì)提供新的見解。在未來的十年里，進一步開發(fā)用于廣泛使用的儀器將保持NOIRLab在描述我們周圍宇宙特征方面的領(lǐng)先地位。”