天文學家實現銀河系中心黑洞質量迄今最精確測量

位于智利的歐洲南方天文臺(ESO)的甚大望遠鏡干涉儀(VLTI)日前獲得了迄今為止銀河系中心超大質量黑洞周圍區域最深、最清晰的圖像。新圖像的放大倍數是之前的20倍，還幫助天文學家在黑洞附近找到一顆前所未見的恒星——S300。通過跟蹤這顆恒星的軌道，該團隊對黑洞的質量進行了有史以來最精確的測量。

人馬座A*是位于銀河系中心一個非常光亮及致密的射電波源，它很有可能是離我們最近的超大質量黑洞的所在，因此也被認為是研究黑洞的最佳目標。

德國馬克斯·普朗克地外物理研究所(MPE)的萊因哈德·根澤爾主任帶領的團隊對圍繞人馬座A*運行的恒星進行了長達30年的研究。他們想要更多地了解人馬座A*，它到底有多大?會旋轉嗎?它周圍的恒星是否完全符合愛因斯坦廣義相對論?此次，他們的最新研究成果14日發表在《天文學與天體物理學》的兩篇論文中。

新的觀測結果與該團隊之前的數據相結合，證實了恒星的運行路徑，這與廣義相對論所預測的繞著一個質量為太陽430萬倍的黑洞運行的物體的路徑完全一致。這是迄今為止對銀河系中心黑洞質量最精確的估計。研究人員還設法微調了到人馬座A*的距離，發現它距離我們2.7萬光年。

測量的結果和圖像的獲得要歸功于新型萬有引力“GRAVITY”設備，這是VLTI的一種獨特的終端儀器。GRAVITY使用一種稱為干涉測量的技術，將ESO的4個甚大望遠鏡(VLT)的光線結合在一起。這項技術很復雜，“但最終你得到的圖像比單獨的VLT望遠鏡的圖像清晰20倍，從而揭示了銀河系中心的秘密，”來自MPE的首席引力研究員弗蘭克·艾森豪爾說。

根澤爾解釋說：“在人馬座A*附近軌道上跟蹤恒星使我們能夠精確探測離地球最近的大質量黑洞周圍的引力場，以測試廣義相對論，并確定黑洞的性質。”

GRAVITY將在未來十年升級為GRAVITY+，它也將安裝在ESO的VLTI上，并將進一步提高靈敏度，以揭示更接近黑洞的較暗恒星。該團隊的目標是最終找到距離黑洞非常近的、其軌道能夠感受到黑洞自轉引起的引力效應的恒星。ESO即將在智利阿塔卡馬沙漠建造的極大型望遠鏡(ELT)將進一步讓天文學家以超高精度測量這些恒星的速度。艾森豪爾說：“把GRAVITY+和ELT結合起來，我們將能夠知道黑洞的旋轉速度。”

總編輯圈點

GRAVITY將歐洲南方天文臺四臺甚大望遠鏡接收到的光線匯聚在一起進行干涉測量，從而讓四臺獨立的望遠鏡發揮出非同凡響的效果。為了建造GRAVITY，歐洲南方臺耗資近億歐元，歷時10年。過去幾年間，科研人員利用GRAVITY做出了一些重大發現，比如我國科研人員領導的恒星微引力透鏡成像的首次分辨觀測。這次GRAVITY幫助獲得了迄今為止銀河系中心超大質量黑洞周圍區域最深、最清晰的圖像。當人類擁有越來越強大的觀測工具，也就能揭示越來越深邃的宇宙中的秘密了。(科技日報實習記者 張佳欣)