这张图片描绘了所有已知的围绕银河系中心巨大黑洞的恒星的轨道路径。其中一颗恒星，S301，靠近黑洞。在它最近的接近时，这颗恒星的速度超过每秒15,000英里。马普外太空物理研究所Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics 隐藏标题切换标题 马普外太空物理研究所。2002年秋季，科学家们计算出了我们银河系中心的一个真正巨大实体的质量。它是太阳质量的四百万倍——如此之大，几乎可以肯定是一个超大质量黑洞。这个物体“可能看起来像《星际穿越》，”德国马普外太空物理研究所的天文学家斯特凡·吉列森（Stefan Gillessen）说，提到2014年由马修·麦康纳（Matthew McConaughey）和安妮·海瑟薇（Anne Hathaway）主演的科幻电影。“你可以看到一个黑暗的阴影，一个轮廓，绝对的黑暗被一圈闪烁的光环所包围。有时我们最喜欢的黑洞图像来自于虚构作品是有原因的：实际中，它们非常难以看到。黑洞本质上是令人费解的谜团——它们的引力非常强大，以至于连光都无法逃脱——因此要了解它们就像是在绝境中挖掘信息。然而，天文学家们可能找到了一位光明的助手来帮助他们应对这一挑战。在周三发表在《自然》杂志上的新研究中，吉列森及其同事描述了有史以来观察到的最快的恒星，它正在围绕银河系中心的黑洞射手座A*高速旋转。吉列森表示，这一发现的重要性不在于恒星的速度——而在于它与黑洞的接近度。“因此我们可以使用这颗恒星作为探针，来可视化引力如何影响时空，”他说。门口的黑洞 尽管黑洞在宇宙中具有主导的引力，研究人员对黑洞仍有相当基础的问题。“我们想了解黑洞是如何工作的，它们如何影响它们直接的环境，”吉列森说，包括它们在塑造宿主星系中所发挥的基本作用。“而如果你想了解黑洞，”他补充说，“银河系的中心是我们拥有的最佳实验室。它就在我们的门口。”吉列森和他的团队使用了欧洲南方天文台在智利非常大望远镜（Very Large Telescope）地点的四台望远镜收集红外光，使他们能够穿透可能会遮挡视线的宇宙尘埃和气体。“仅仅利用红外光，你就可以窥视银河系核最中心的部分，”马普外太空物理研究所的博士生费利克斯·芒恩（Felix Mang）说。他记得几年前首次在数据中发现了一个有趣的东西。“一闪而过的光，一颗非常微弱的恒星引起了我们的注意，它以非常高的速度移动。”恒星速度的恶魔 芒恩在接下来的几年中跟踪了被称为S301的恒星的位置，并回溯查看它之前的位置。通过使用牛顿的引力定律，并略微修正了广义相对论（从而帮助确认爱因斯坦理论的一个方面），他确定该恒星的8.7年轨道呈现出超长椭圆的形状。黑洞位于这个椭圆的一端。“这颗恒星从一个方向飞来，加速变得越来越快，然后在黑洞附近出现一个非常锐利的转弯，”吉列森说。那时它的速度达到最高峰——每秒超过15,000英里，这略低于光速的8%。这使得S301成为银河系观察到的最快恒星。在围绕超大质量黑洞旋转后，“它又飞回去并减速，直到达到它最远的点，”吉列森说。“一旦你知道轨道，几乎就像瑞士的铁路系统一样。事物的到达时间是非常准确的。”这一发现可能教会研究人员“关于黑洞引力势的知识，”他说。“这颗恒星感受到黑洞如何扭曲时空。因此我们可以利用这颗恒星来可视化引力是如何影响时空的。”揭示光明。“这是一个非常令人兴奋的结果，”麻省理工学院的天体物理学家艾琳·卡拉（Erin Kara）表示，她没有参与这项研究。“它为接下来的十年奠定了基础，使我们能够进行这些前所未有的黑洞测量。”这包括确定我们银河系中心的黑洞旋转的速度，这种行为可以将周围的时空拖拽在一起。此前，研究人员已经通过吞噬气体来计算其他星系中正在增长的黑洞的旋转。使用S301来计算射手座A*（我们本地黑洞）的自转将代表对一个静态星系的首次此类测量，她说。这类计算可以帮助科学家们理解黑洞是如何形成的。