是誰,在危險的邊緣試探?_風聞
观察者网用户_244575-2020-02-17 14:20
原創:牧夫天文
作者:Phil Plait
翻譯:王婧彧
校對:尼安吉 張硯斌 王茸
美編:劉炎成
後台:庫特莉亞夫卡 李子琦
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着一個超大質量黑洞——人馬座A*(Sgr A*),其質量是太陽的400萬倍。
我們是如何知道這個黑洞的質量呢?一方面歸功於圍繞着Sgr
A*旋轉的一個星團。這個星團由被稱為S星的明亮年輕恆星組成,寬度達到四分之一光年(兩萬多億千米)。S2星是這羣恆星中的一個,它沿一個橢圓形軌道運行,距離Sgr A*最近的時候只有160億千米。近期,S2星更是達到了有觀測以來的最近位置。
但是一羣一直在緊盯着S星團的天文學家發現了另外一顆恆星——S62星刷新了這個記錄:它離黑洞最近時只有令人戰慄的**28億千米!這可比天王星離太陽的距離還近。寫到這裏,筆者不禁後背發涼,我是無論如何不想離得那麼近的。S62星好像也是這麼想的,因為當它到達近質心點(與黑洞距離最近時)時會以20000km/s的速度呼嘯着掠過黑洞。這個速度是光速的6.6%!**難以想象把一顆恆星加速到這個速度是什麼樣的場景。
根據觀測數據繪製的S星團圖像,Sgr A*位於黃色十字位置,S62星就在它的右上方。
Credit: Gillessen et al
S62星十分暗淡,是這個星團裏能夠看到的最暗的星之一,這也給對其運動的追蹤增加了困難。但是,利用八米口徑的智利甚大望遠鏡(VLT,Very Large Telescope)的一對相機,天文學家們得以在2002~2012年間對它進行多次觀測,也就是看着它繞着Sgr A*運動。想利用得到的圖像來確定S62星的軌道形狀是十分困難的,因為2018年明亮的S2星從黑洞面前穿過,它耀眼的光芒干擾了對S62星的觀測。然而,天文學家們利用數學方法擬合出了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,它們圍繞着銀河系中心的超大質量黑洞運行。用點標記的是觀測到的位置,線標記的是計算出的軌道。黑洞位於座標系中心用小黑線標記的位置。
Credit: Peißker et al.
這個軌道是一個被極端拉長的橢圓,致使S62星最近的時候離黑洞只有28億千米而最遠的時候有2300億千米(大約是天王星與太陽距離的40倍)。而它的運行週期只略低於10年,這就意味着S62星運動得很快。如果能夠得到它更多的位置,特別是近質心點附近的,就能更好地確定出來它的軌道。
一系列關於銀河系中心黑洞的觀測,顯示了黑洞的位置(用“x”表示)以及圍繞其運動的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動。預計它將在2023年3月經過黑洞,這給觀測留下了足夠的準備時間。不僅如此,到那時我們還會看到相對論效應帶來的一種奇異的現象。
根據牛頓運動定律,如果有一個物體圍繞另一個質量比它大的物體運動,在沒有其他物體干擾下,它的運動軌跡是永遠不變的。但是,如果看看愛因斯坦的廣義相對論中的方程,這個軌道會產生進動——也就是説,軌道的長軸會旋轉,因為從相對論的角度來説,大質量的物體會扭曲空間。這會讓小質量物體的運動軌跡改變,軌道產生進動。
隨着水星環繞着太陽,它每次到達近日點,軌道都會產生進動,或者説略微旋轉。這是由於廣義相對論效應。
Credit: Frobenius / Physics Stack Exchange
我們知道這一現象是因為我們已經觀察到水星就是這樣:它的軌道由於這種效應正在以廣義相對論預測的量值緩慢地旋轉。當這種現象出現時,軌道旋轉的程度由兩個天體的距離以及被繞轉天體的質量決定。
黑洞質量十分巨大,S62星又會很接近Sgr
A*。進行觀測的天文學家們預測2023年它經過黑洞時會進動10°。這是一個很大的角度,仔細的觀測理論上能夠發現這個變化。即使這一次的觀測很難確定角度的大小,十年之後角度還會再增加10°,20°的傾角應該就容易觀測到了。
目前,S62是距離黑洞最近的紀錄保持者,但它地位可不一定穩固。天體不能太接近黑洞,因為這樣它們的軌道就變得不穩定並使它們墜入黑洞,甚至在落入之前就會被黑洞強烈的潮汐力撕碎。然而,隨着對這片小而擁擠的區域的觀測能力的提高,我很好奇能否看到更接近那個**“有去無回點”**的恆星?
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NGC 2392:雙層殼行星狀星雲
圖片來源: NASA, ESA, Hubble, Chandra