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爱因斯坦的预言再一次被证实,黑洞附近恒星的诡异运动给出证据

时间:2020-04-18 11:47:01 作者: 来源:51区未解之谜网 手机阅读

我们几乎习惯了爱因斯坦的预言被证实的事实。通过广义相对论,爱因斯坦向世界展示了许多惊人的理论,但却推迟了它们的证明。直到100多年后的今天,人们仍然需要证明这一点。

广义相对论首次被证明可以解释水星进动。水星进动是指水星公转的实际轨迹与牛顿定律计算的理论轨迹不一致的现象。这个难题困扰了科学家几十年。人们甚至不得不提到水星内部有行星的假设,但这些假设都不是真的。知道爱因斯坦提出了广义相对论,天文学家用这个理论来计算水星的轨道完全符合现实,最终解决了这个难题,也证实了广义相对论的正确性。

最近,经过27年的观察,天文学家再次发现证据,证明银河系中心的广义相对论,这再次使我们相信爱因斯坦的智慧。

提到这一次来证实广义相对论,我们必须提到一个人——卡尔·史瓦西。史瓦西是德国物理学家。他对爱因斯坦的广义相对论进行了详细的分析,并推出了许多理论,这些都是证明广义相对论的重要证据。例如,史瓦西从爱因斯坦场方程得到的真空解推断出黑洞

除了黑洞,史瓦西还推导出了引力场中极小粒子的轨迹,这被称为史瓦西进动。后来,人们发现这种现象不仅可以用来研究微观粒子。只要引力场足够强,并且其中一个天体的质量可以忽略不计,它就符合这一现象,比如太阳系中的行星或超大质量黑洞旁边的恒星

这一次,银河系中心的超大质量黑洞人马座A*和附近的恒星S2证明了这一理论。

开普勒高中物理三定律中的第一个告诉我们,行星以椭圆轨道围绕太阳旋转,太阳是焦点之一。这条定律不仅适用于太阳系,也适用于宇宙中的许多天体。然而,在史瓦西描述的条件下(质量可以忽略不计的天体位于强大的引力场中),这些天体将在奇怪的轨道上旋转。

例如,恒星S2围绕质量是太阳400倍的超大质量黑洞人马座A*旋转,这与这个系统是一致的。因此,科学家推测,根据从广义相对论导出的史瓦西进动理论,恒星将在花瓣状轨道上围绕黑洞运行。

经过27年的连续观察,科学家们确实发现了这个螺旋轨迹,爱因斯坦的理论再次得到了证实。

这是人类首次探测到超大质量黑洞周围的史瓦西进动,这表明即使在最极端的重力环境下,恒星的运动轨迹也与爱因斯坦的理论一致。从水星到恒星,从太阳到超大质量黑洞,它们的运动定律都在爱因斯坦的广义相对论中。

德国马克斯·普朗克天文研究所的天体物理学家、重力合作小组成员莱因哈特·根泽尔解释道:“爱因斯坦的广义相对论预言,一个天体围绕另一个天体的轨道并不像牛顿定律那样封闭,而是在运动平面上向前运动。这一现象首先在水星轨道上得到证实。一百年后,我们在银河系中心的人马座A*附近发现了同样的效应。”

(水星进动图)

据报道,S2距离人马座A*约17光年,约200亿公里,是海王星轨道的四倍。距离太阳200亿公里的黑洞概念完全不同。黑洞的可怕引力会产生更强的向心力,试图把S2吞进肚子里。然而,S2能够保护自己的完整性,因为惊人的转速所提供的离心力是平衡的。观测结果表明,S的旋转速度达到了光速的3%,即每秒9000公里。革命时期只有16年,这是相当惊人的。因此,S2可以与这个极度危险的地狱边缘隔离开来。

这种在“刀刃”上行走的天体无疑是天文学家的一个极好的观察对象。因此,从1992年到2019年底,GRANCE团队开始观察它。

这不是S2第一次证明广义相对论。2018年,S2移动到人马座A*附近,导致极端的光线变化,证明了另一个广义相对论的预测。这一次,天文学家的330次观测再次巩固了广义相对论的地位。

此外,科学家可以用S2的轨迹来推断人马座A*的质量,这也很简单,即可以用牛顿的圆周运动公式来代替。这个结果再次符合先前天文学家的推测,即太阳的质量是400万倍,而且银河系中心这个超大质量黑洞的大小似乎基本上没有被反驳。

在此之前,天文学家还利用S2的轨迹重新测量了太阳系到银河系中心的距离。同样,这个结果也与之前的数据一致,之前的数据大约是26000光年。

天体物理学家盖伊·佩林和郭佳欣·佩罗特指出:“由于S2的观测结果很好地遵循了广义相对论,我们可以更好地缩小人马座A*附近不可见物质的质量范围,如暗物质或其他小黑洞,这对理解超大质量黑洞的形成和演化具有重要意义。”

只有这样一颗恒星才能为天文学家提供如此多的信息,这是天文学的奇迹。我们的技术不是很先进,我们对宇宙的了解也是有限的,所以天文学家不得不像侦探一样去推断、分析和推断以获得更多的信息。看来天文学家的工作真的不容易。

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