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？一方面歸功于圍繞著 Sgr A*旋轉的一個星團。這個星團由被稱為S星的明亮年輕恒星組成，寬度達到四分之一光年（兩萬多億千米）。S2 星是這群恒星中的一個，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。
但是一群一直在緊盯著S星團的天文學家發(fā)現(xiàn)了另外一顆恒星 S62 星刷新了這個記錄：它離黑洞最近時只有令人戰(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的速度呼嘯著掠過黑洞。這個速度是光速的 6.6%!難以想象把一顆恒星加速到這個速度是什么樣的場景。
根據(jù)觀測數(shù)據(jù)繪制的S星團圖像，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，是這個星團里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，也就是看著它繞著 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(shù)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，它們圍繞著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。黑洞位于坐標系中心用小黑線標記的位置。Credit: Pei ker 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）。而它的運行周期只略低于 10 年，這就意味著 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。
一系列關于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(xiàn)象。
根據(jù)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 也就是說，軌道的長軸會旋轉，因為從相對論的角度來說，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。
隨著水星環(huán)繞著太陽，它每次到達近日點，軌道都會產生進動，或者說略微旋轉。這是由于廣義相對論效應。Credit: Frobenius / Physics Stack Exchange
我們知道這一現(xiàn)象是因為我們已經觀察到水星就是這樣：它的軌道由于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(xiàn)象出現(xiàn)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(fā)現(xiàn)這個變化。即使這一次的觀測很難確定角度的大小，十年之后角度還會再增加 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(wěn)固。天體不能太接近黑洞，因為這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被黑洞強烈的潮汐力撕碎。然而，隨著對這片小而擁擠的區(qū)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 的恒星？
圖片來源:NASA,ESA,Hubble,Chandra
