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怕墜入黑洞,這顆恆星以每秒七千公里速度狂飆 2025-03-04 16:33:54

2025-03-05 07:04·漫步科學

在銀河系中心那片連光都難以逃脫的黑暗領域裡,一顆名為S2的恆星正在上演着驚心動魄的狂飆,它以每秒超過7600公里的速度在人馬座A*黑洞周圍飛馳。科學家們花了整整27年時間追蹤這顆恆星,不僅揭開了黑洞的驚天秘密,更讓我們意識到愛因斯坦在百年前寫下的方程竟能如此精準地預言宇宙的運行法則。

上世紀90年代,當德國馬克斯·普朗克地外物理研究所的科學家們將目光投向銀河系中心時,他們發現了一個奇特的現象:在人馬座方向密集的星群中,有幾顆恆星的運行軌跡顯得格外狂野。其中編號S2的恆星尤其引人注目,它像被無形繩索牽引的陀螺,以16年為周期進行着瘋狂的繞圈運動。天文學家們敏銳意識到,這背後必定隱藏着宇宙級質量的"舞伴"——一個質量相當於400萬顆太陽的超大質量黑洞,也就是後來被命名為人馬座A*的神秘天體。

為了捕捉S2的每一個軌跡,歐洲南方天文台搬出了鎮館之寶——位於智利阿塔卡馬沙漠的甚大望遠鏡(VLT)。這個由4台8.2米口徑望遠鏡組成的陣列,能看清月球上的一根火柴燃燒的細節。從1994年到2020年,科學家們累計進行了330次精密測量,記錄下S2在黑洞引力場中劃出的每道弧線。2018年5月,當S2以200億公里的最近距離擦過黑洞時(這個距離相當於冥王星到太陽的四倍),觀測團隊甚至檢測到了因時空扭曲引發的星光紅移——就像高速駛離的救護車警笛聲調降低,S2發出的藍光在強大引力作用下變成了紅色。

這顆恆星的質量至今仍是個有趣的謎題。雖然直接測量的數據尚未公布,但天文學家們通過對比同類天體找到了線索。銀河系中心被稱為"恆星托兒所"的區域裡,年輕的大質量恆星比比皆是。根據光譜分析和運動軌跡反推,S2應該是個約15-30倍太陽質量的"重量級選手"。這個質量區間讓它既能保持自身結構的穩定,又不會因過於龐大而過早耗盡核燃料。有趣的是,這個估算結果恰好處於理論預言的黑洞潮汐撕裂臨界值之上——如果S2再輕些,恐怕早就被黑洞撕成星塵了。

說到速度,S2在近黑洞點的瞬時速度能達到光速的2.55%,即每秒7650公里。這個速度是什麼概念呢?我們太陽系全家以每秒220公里的速度繞銀河系中心旋轉,而S2的速度足足是我們的35倍。如果把地球以這個速度發射,只需要40分鐘就能抵達火星。但更令人驚嘆的是,如此瘋狂的速度竟完美符合愛因斯坦的廣義相對論預測——當S2掠過黑洞時,它的運動軌跡並非傳統物理預言的閉合橢圓,而是像玫瑰花結般旋轉前移,每個周期都會在軌道平面上留下約12角分的偏移。

這場持續了四分之一個世紀的觀測盛宴,不僅驗證了百年前的理論預言,還帶來了意外收穫。通過分析S2的運行軌跡,科學家們精確計算出人馬座A*黑洞的質量相當於430萬個太陽,並將這個宇宙怪獸的活動範圍鎖定在比水星軌道還小的區域內。更妙的是,S2的星光在穿越黑洞周圍的扭曲時空時,還捎帶來了關於時空本質的信息,為研究引力波和量子引力理論提供了珍貴的數據。

那麼s2的未來結局將會如何?以它當前的軌道穩定性來看,至少在未來百萬年內還能繼續這場危險的狂飆遊戲。但隨着每次近距離接觸時能量的損耗,S2的軌道可能會逐漸收縮,並最終墜入人馬座A*。另一種可能是,當它核心的氫燃料耗盡時,會膨脹成紅巨星並開始拋灑物質——這些被剝離的氣體將在黑洞周圍形成明亮的吸積盤,上演最後的煙花秀。

在這場跨越時空的觀測之旅中,S2恆星用光年尺度上的律動訴說着時空的本質。




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