愛因斯坦又對了！廣義相對論在黑洞附近仍成立

資料圖：人類首張黑洞照片。事件視界望遠(yuǎn)鏡合作組織供圖

科技日報(bào)北京7月28日電 (記者劉霞)愛因斯坦又對了!據(jù)美國太空網(wǎng)近日報(bào)道，通過分析銀河系中央超大質(zhì)量黑洞人馬座A*(Sgr A*)對其附近恒星的極強(qiáng)引力，美國天文學(xué)家證明，愛因斯坦的廣義相對論在黑洞附近仍然站得住腳，仍是迄今有關(guān)引力工作原理的最佳描述。

廣義相對論指出，引力是由質(zhì)量扭曲空間和時(shí)間引起的，物體的質(zhì)量越大，引力越強(qiáng)。科學(xué)家們目前已在相對較弱的引力場，如地球和太陽系內(nèi)的引力場中測試了廣義相對論的正確性。但在更強(qiáng)大的引力場，例如據(jù)信潛伏于幾乎所有大星系中央的超大質(zhì)量黑洞的引力場內(nèi)，廣義相對論是否仍然正確?

研究人員稱，如果在此尺度上發(fā)現(xiàn)違背廣義相對論的情況，可能催生新理論，有助解釋暗物質(zhì)和暗能量等宇宙奧秘。

天文學(xué)家們研究了位于人馬座A*附近的恒星S0-2。人馬座A*的質(zhì)量約是太陽質(zhì)量的400萬倍，直徑約為2360萬公里。2018年，S0-2距離人馬座A*最近時(shí)，科學(xué)家對其進(jìn)行了監(jiān)測。這顆恒星的軌道周期為16年，距黑洞120個(gè)天文單位(約1.5億公里)，行進(jìn)速度為光速的2.7%。

使用凱克天文臺、雙子座天文臺和斯巴魯望遠(yuǎn)鏡，天文學(xué)家成功追蹤了S0-2的完整軌道，并將相關(guān)數(shù)據(jù)與過去24年來的測量結(jié)果結(jié)合。

S0-2發(fā)出的光產(chǎn)生的光譜揭示，由于人馬座A*的極強(qiáng)引力，光經(jīng)歷了廣義相對論所預(yù)測的引力紅移。引力紅移指光在引力場中傳播時(shí)，從引力場強(qiáng)的地方傳遞到引力場弱的地方會出現(xiàn)紅移，即頻率變低的現(xiàn)象。

研究主要作者、加州大學(xué)天體物理學(xué)家杜團(tuán)(音譯)表示：“這標(biāo)志著一個(gè)時(shí)代的開始，我們可以利用銀河系中央超大質(zhì)量黑洞周圍的恒星軌道來測試引力的本質(zhì)，這是通向未來更強(qiáng)的廣義相對論和其他引力理論測試的里程碑。”

針對S0-2的這項(xiàng)研究，是科學(xué)家計(jì)劃在人馬座A*附近恒星上進(jìn)行的第一次調(diào)查廣義相對論的研究。另外的研究目標(biāo)包括S0-102，它是這一超大質(zhì)量黑洞附近3000多顆恒星中軌道最短的，軌道周期約為11.5年。

研究聯(lián)合主要作者、加州大學(xué)洛杉磯分校天文學(xué)教授安德里亞·蓋茨說：“我們的觀察與愛因斯坦的廣義相對論一致。愛因斯坦是對的，至少現(xiàn)在是這樣。但這一理論也有弱點(diǎn)，它無法完全解釋黑洞內(nèi)的引力，有些時(shí)候，我們需要超越愛因斯坦的理論，用更全面的引力理論來解釋黑洞。”