是誰，在危險的邊緣試探？_風聞

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？

『天文時刻』 牧夫出品

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NGC 2392：雙層殼行星狀星雲

圖片來源: NASA, ESA, Hubble, Chandra