欧洲南方天文台的研究团队在最新一期《自然》上报告,他们发现了一颗迄今最靠近银河系中心黑洞人马座A\*的恒星。这颗编号S301的恒星在近黑洞点距离黑洞约11个天文单位,大致相当于土星到太阳的距离,比此前已知最近的恒星还要近了近10倍。它的意义不是又刷新了一个"最近"纪录,而是把测量黑洞自旋这件此前几乎无法做到的事,变成了一件大约十年内可能有答案的事。
S301有多极端
这颗恒星是团队用GRAVITY仪器在2017年开始的银心恒星监测项目中找到的。GRAVITY把甚大望远镜(VLT)四台望远镜的光合成到一起,分辨率相当于一台口径130米的望远镜。2023年,团队在数据里看到一颗正在远离黑洞的恒星,回溯轨道模型后确认这是一颗此前未被记录的天体。
S301的轨道周期只有8.7年,比此前观测到周期最短的银心恒星还短了三年多。它的轨道偏心率高达0.9832,是一个被严重拉长的椭圆——作为参照,冥王星的偏心率只有0.25。在近黑洞点,它的速度飙升到约2.5万公里每秒,超过光速的8%。如果S301是一颗质量更大的恒星,这个距离足以让黑洞的引力把它撕碎。团队推测,它原本是某个双星系统的一员,伴星在靠近黑洞时被甩了出去,自己则被"甩"进了这条极端轨道。
为什么这颗恒星能测黑洞自旋
黑洞除了质量,理论上只剩两个可测性质:电荷和自旋。电荷没法观测,自旋却能通过恒星轨道的进动反推出来——如果黑洞在转,靠近它的恒星轨道会被"拖着"慢慢偏转。
问题是这个效应随距离的三次方迅速衰减。此前已知的银心恒星距黑洞太远,想看出进动效应,理论上得连续观测数千年。研究团队测算,S301离得足够近,用现有仪器的精度,大约十年的持续观测就有望给出人马座A\*自旋的估算值——这是把观测窗口压缩了两三个数量级的关键变化。
这也是为什么这次发现被写进《自然》,而不只是天文台的一条日常观测更新。它相当于给研究人马座A\*的团队换了一台精度更高的"仪器"——只是这台仪器是一颗恒星,而不是一台望远镜。
- 风险.目前只是测算出一个可行的观测窗口,黑洞自旋的实际数值仍需十年持续跟踪和轨道建模验证,眼下并没有测出结果。
S301本身不是答案,它只是把提问的时间从千年缩短到十年。
纪录之外,还剩多少不确定
需要说清的是,"最近"只是相对于目前已识别的恒星,不代表S301会一直保持这个位置,也不排除未来在银心区域找到更近的天体。它的高偏心率意味着轨道形状极端,但不等于它正在逃离黑洞或将被吞噬——按目前模型,它仍会沿这条椭圆轨道周期性地回到近黑洞点。
如果十年后的观测确实给出了自旋估算,团队还打算用更长的时间序列去检验人马座A\*是否偏离理想球形,以及它是否存在自旋之外还能被测出的性质。这些都还停留在"有望检验"的阶段,论文本身并未给出结论。对关注黑洞物理和广义相对论验证的研究者来说,接下来真正该盯的不是S301还能不能刷新纪录,而是GRAVITY团队未来几年能不能把轨道进动信号从噪声里稳定分离出来。