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怕坠入黑洞,这颗恒星以每秒七千公里速度狂飙 2025-03-04 16:33:54

2025-03-05 07:04·漫步科学

在银河系中心那片连光都难以逃脱的黑暗领域里,一颗名为S2的恒星正在上演着惊心动魄的狂飙,它以每秒超过7600公里的速度在人马座A*黑洞周围飞驰。科学家们花了整整27年时间追踪这颗恒星,不仅揭开了黑洞的惊天秘密,更让我们意识到爱因斯坦在百年前写下的方程竟能如此精准地预言宇宙的运行法则。

上世纪90年代,当德国马克斯·普朗克地外物理研究所的科学家们将目光投向银河系中心时,他们发现了一个奇特的现象:在人马座方向密集的星群中,有几颗恒星的运行轨迹显得格外狂野。其中编号S2的恒星尤其引人注目,它像被无形绳索牵引的陀螺,以16年为周期进行着疯狂的绕圈运动。天文学家们敏锐意识到,这背后必定隐藏着宇宙级质量的"舞伴"——一个质量相当于400万颗太阳的超大质量黑洞,也就是后来被命名为人马座A*的神秘天体。

为了捕捉S2的每一个轨迹,欧洲南方天文台搬出了镇馆之宝——位于智利阿塔卡马沙漠的甚大望远镜(VLT)。这个由4台8.2米口径望远镜组成的阵列,能看清月球上的一根火柴燃烧的细节。从1994年到2020年,科学家们累计进行了330次精密测量,记录下S2在黑洞引力场中划出的每道弧线。2018年5月,当S2以200亿公里的最近距离擦过黑洞时(这个距离相当于冥王星到太阳的四倍),观测团队甚至检测到了因时空扭曲引发的星光红移——就像高速驶离的救护车警笛声调降低,S2发出的蓝光在强大引力作用下变成了红色。

这颗恒星的质量至今仍是个有趣的谜题。虽然直接测量的数据尚未公布,但天文学家们通过对比同类天体找到了线索。银河系中心被称为"恒星托儿所"的区域里,年轻的大质量恒星比比皆是。根据光谱分析和运动轨迹反推,S2应该是个约15-30倍太阳质量的"重量级选手"。这个质量区间让它既能保持自身结构的稳定,又不会因过于庞大而过早耗尽核燃料。有趣的是,这个估算结果恰好处于理论预言的黑洞潮汐撕裂临界值之上——如果S2再轻些,恐怕早就被黑洞撕成星尘了。

说到速度,S2在近黑洞点的瞬时速度能达到光速的2.55%,即每秒7650公里。这个速度是什么概念呢?我们太阳系全家以每秒220公里的速度绕银河系中心旋转,而S2的速度足足是我们的35倍。如果把地球以这个速度发射,只需要40分钟就能抵达火星。但更令人惊叹的是,如此疯狂的速度竟完美符合爱因斯坦的广义相对论预测——当S2掠过黑洞时,它的运动轨迹并非传统物理预言的闭合椭圆,而是像玫瑰花结般旋转前移,每个周期都会在轨道平面上留下约12角分的偏移。

这场持续了四分之一个世纪的观测盛宴,不仅验证了百年前的理论预言,还带来了意外收获。通过分析S2的运行轨迹,科学家们精确计算出人马座A*黑洞的质量相当于430万个太阳,并将这个宇宙怪兽的活动范围锁定在比水星轨道还小的区域内。更妙的是,S2的星光在穿越黑洞周围的扭曲时空时,还捎带来了关于时空本质的信息,为研究引力波和量子引力理论提供了珍贵的数据。

那么s2的未来结局将会如何?以它当前的轨道稳定性来看,至少在未来百万年内还能继续这场危险的狂飙游戏。但随着每次近距离接触时能量的损耗,S2的轨道可能会逐渐收缩,并最终坠入人马座A*。另一种可能是,当它核心的氢燃料耗尽时,会膨胀成红巨星并开始抛洒物质——这些被剥离的气体将在黑洞周围形成明亮的吸积盘,上演最后的烟花秀。

在这场跨越时空的观测之旅中,S2恒星用光年尺度上的律动诉说着时空的本质。




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