作者：Phil Plait，翻譯：王婧
原文鏈接：
https://www.syfy.com/syfywire/astronomers-find-a-star-dive-bombing-our-galaxys-supermassive-black-hole
在我們銀河系的中心盤踞著一個(gè)超大質(zhì)量黑洞 人馬座A*（Sgr A*），其質(zhì)量是太陽的400 萬倍。
我們是如何知道這個(gè)黑洞的質(zhì)量呢？一方面歸功于圍繞著 Sgr A*旋轉(zhuǎn)的一個(gè)星團(tuán)。這個(gè)星團(tuán)由被稱為S星的明亮年輕恒星組成，寬度達(dá)到四分之一光年（兩萬多億千米）。S2 星是這群恒星中的一個(gè)，它沿一個(gè)橢圓形軌道運(yùn)行，距離 Sgr A*最近的時(shí)候只有 160 億千米。近期，S2 星更是達(dá)到了有觀測(cè)以來的最近位置。
但是一群一直在緊盯著S星團(tuán)的天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)了另外一顆恒星 S62 星刷新了這個(gè)記錄：它離黑洞最近時(shí)只有令人戰(zhàn)栗的28 億千米！這可比天王星離太陽的距離還近。寫到這里，筆者不禁后背發(fā)涼，我是無論如何不想離得那么近的。S62 星好像也是這么想的，因?yàn)楫?dāng)它到達(dá)近質(zhì)心點(diǎn)（與黑洞距離最近時(shí)）時(shí)會(huì)以 20000km/s的速度呼嘯著掠過黑洞。這個(gè)速度是光速的 6.6%!難以想象把一顆恒星加速到這個(gè)速度是什么樣的場(chǎng)景。
根據(jù)觀測(cè)數(shù)據(jù)繪制的S星團(tuán)圖像，Sgr A*位于黃色十字位置，S62 星就在它的右上方。Credit: Gillessen et al
S62 星十分暗淡，是這個(gè)星團(tuán)里能夠看到的最暗的星之一，這也給對(duì)其運(yùn)動(dòng)的追蹤增加了困難。但是，利用八米口徑的智利甚大望遠(yuǎn)鏡（VLT，Very Large Telescope）的一對(duì)相機(jī)，天文學(xué)家們得以在 2002~2012 年間對(duì)它進(jìn)行多次觀測(cè)，也就是看著它繞著 Sgr A*運(yùn)動(dòng)。想利用得到的圖像來確定 S62 星的軌道形狀是十分困難的，因?yàn)?2018 年明亮的 S2 星從黑洞面前穿過，它耀眼的光芒干擾了對(duì) S62 星的觀測(cè)。然而，天文學(xué)家們利用數(shù)學(xué)方法擬合出了 S62 星的位置，從而得到了軌道的形狀。從圖中可以看到，S62 的軌道形狀既是不可思議的但又十分可怕。
包括 S62 星（紅色）的四顆S星的軌道，它們圍繞著銀河系中心的超大質(zhì)量黑洞運(yùn)行。用點(diǎn)標(biāo)記的是觀測(cè)到的位置，線標(biāo)記的是計(jì)算出的軌道。黑洞位于坐標(biāo)系中心用小黑線標(biāo)記的位置。Credit: Pei ker et al.
這個(gè)軌道是一個(gè)被極端拉長(zhǎng)的橢圓，致使 S62 星最近的時(shí)候離黑洞只有 28 億千米而最遠(yuǎn)的時(shí)候有 2300 億千米（大約是天王星與太陽距離的 40 倍）。而它的運(yùn)行周期只略低于 10 年，這就意味著 S62 星運(yùn)動(dòng)得很快。如果能夠得到它更多的位置，特別是近質(zhì)心點(diǎn)附近的，就能更好地確定出來它的軌道。
一系列關(guān)于銀河系中心黑洞的觀測(cè)，顯示了黑洞的位置（用 x 表示）以及圍繞其運(yùn)動(dòng)的 S62 星的位置（綠色虛線圓圈）。
好消息是，S62 目前正向接近黑洞的方向運(yùn)動(dòng)。預(yù)計(jì)它將在2023 年 3 月經(jīng)過黑洞，這給觀測(cè)留下了足夠的準(zhǔn)備時(shí)間。不僅如此，到那時(shí)我們還會(huì)看到相對(duì)論效應(yīng)帶來的一種奇異的現(xiàn)象。
根據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)定律，如果有一個(gè)物體圍繞另一個(gè)質(zhì)量比它大的物體運(yùn)動(dòng)，在沒有其他物體干擾下，它的運(yùn)動(dòng)軌跡是永遠(yuǎn)不變的。但是，如果看看愛因斯坦的廣義相對(duì)論中的方程，這個(gè)軌道會(huì)產(chǎn)生進(jìn)動(dòng) 也就是說，軌道的長(zhǎng)軸會(huì)旋轉(zhuǎn)，因?yàn)閺南鄬?duì)論的角度來說，大質(zhì)量的物體會(huì)扭曲空間。這會(huì)讓小質(zhì)量物體的運(yùn)動(dòng)軌跡改變，軌道產(chǎn)生進(jìn)動(dòng)。
隨著水星環(huán)繞著太陽，它每次到達(dá)近日點(diǎn)，軌道都會(huì)產(chǎn)生進(jìn)動(dòng)，或者說略微旋轉(zhuǎn)。這是由于廣義相對(duì)論效應(yīng)。Credit: Frobenius / Physics Stack Exchange
我們知道這一現(xiàn)象是因?yàn)槲覀円呀?jīng)觀察到水星就是這樣：它的軌道由于這種效應(yīng)正在以廣義相對(duì)論預(yù)測(cè)的量值緩慢地旋轉(zhuǎn)。當(dāng)這種現(xiàn)象出現(xiàn)時(shí)，軌道旋轉(zhuǎn)的程度由兩個(gè)天體的距離以及被繞轉(zhuǎn)天體的質(zhì)量決定。
黑洞質(zhì)量十分巨大，S62 星又會(huì)很接近 Sgr A*。進(jìn)行觀測(cè)的天文學(xué)家們預(yù)測(cè) 2023 年它經(jīng)過黑洞時(shí)會(huì)進(jìn)動(dòng) 10 。這是一個(gè)很大的角度，仔細(xì)的觀測(cè)理論上能夠發(fā)現(xiàn)這個(gè)變化。即使這一次的觀測(cè)很難確定角度的大小，十年之后角度還會(huì)再增加 10 ，20 的傾角應(yīng)該就容易觀測(cè)到了。
目前，S62 是距離黑洞最近的紀(jì)錄保持者，但它地位可不一定穩(wěn)固。天體不能太接近黑洞，因?yàn)檫@樣它們的軌道就變得不穩(wěn)定并使它們墜入黑洞，甚至在落入之前就會(huì)被黑洞強(qiáng)烈的潮汐力撕碎。然而，隨著對(duì)這片小而擁擠的區(qū)域的觀測(cè)能力的提高，我很好奇能否看到更接近那個(gè) 有去無回點(diǎn) 的恒星？
圖片來源:NASA,ESA,Hubble,Chandra
