愛因斯坦再次大獲全勝！歐南台利用銀心黑洞完成檢驗廣義相對論

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距離地球約2.6萬光年的銀河中心，一頭質量為太陽400萬倍的巨獸藏身於層層塵埃之下。然而地球人的望遠鏡早已具備了穿透宇宙塵埃的能力，以及前所未有的分辨能力。我們發現在光只需一個月就能達到的狹小空間里，這頭巨獸奴役著數十顆恆星，迫使它們以極高的速度環繞自己運動。

26年來，天文學家對這些恆星進行了持續觀測，掌握了它們的運動規律，從而確定了銀河系中心的這頭怪獸不是別的，正是宇宙中最神秘的天體之一——黑洞。超大質量黑洞創造出了極端的引力場環境，也構成了一個探索引力物理學，驗證愛因斯坦廣義相對論的完美實驗室。天文學家利用歐洲南方天文台的甚大望遠鏡上極為精密的幾套設備跟蹤了其中一個編號為S2的恆星。2018年5月，它「如約」移動到了距離黑洞不到200億公里的地方，僅相當於冥王星到太陽距離的3倍，在那個位置上它的運動速度達到了驚人的每小時2500萬公里，幾乎是光速的3%。

對那麼遙遠距離上一個太陽系尺度的運動狀態進行研究，無疑是向觀測精度提出了極高的要求。為此，天文學家動用了VLT上的幾台「神器」：近紅外積分場攝譜儀（SINFONI）、奈史密斯自適應光學系統-近紅外成像光譜儀（NACO），以及可以將4台望遠鏡光線匯聚到一起發揮集團作用的干涉儀GRAVITY，在加上外圍兩台小型輔助望遠鏡的助陣，成功創造出了130米的等效口徑，從而獲得了前所未有的觀測精度——相當於可以看見月球表面一名宇航員舉著手電筒移動了10厘米。甚至說，在很多照片中，還依稀見到了黑洞周圍的微光！研究人員比較了GRAVITY和幾台紅外光譜儀對恆星位置和速度的測量數據，並將其分別與牛頓和愛因斯坦的預測進行對照，結論也很明朗：與牛頓不一致，與愛因斯坦完全一致！

值得一提的是，愛因斯坦的勝利還不僅僅表現在恆星位置上，新的觀測還清楚地揭示出愛因斯坦廣義相對論所預研的的另一個重要現象——引力紅移。愛因斯坦說，強引力場會產生時間膨脹的效應，處在引力場中的輻射源所發射出來的光線波長就會變長，譜線會向紅光方向移動。這種現象是牛頓力學中所不具備的。而在接近超大質量黑洞，恆星S2的光譜非常明顯地表現出了紅移現象。持續的高精度觀測很快又揭示出另一個相對論效應——史瓦西進動——也就是當恆星遠離黑洞時，發現並沒有完全按照原來的軌跡運動，它的軌道發生了細微的旋轉，100年前愛因斯坦用相同的理論完美地解釋了水星近日點進動現象。

這是又一項令人興奮的發現，不僅僅是對廣義相對論的又一次成功驗證，更是證明了自己，創造出了不可思議的設備，完成了不可思議的觀測。人類的極限在哪裡？

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