爱因斯坦广义相对论又一铁证！相对论再次经受住了新方法的考验

来源：视觉中国

通过分析银河系中心巨大黑洞对其附近一颗恒星施加的超强引力，天文学家们已经证明，爱因斯坦关于空间和时间的理论在目前为止，仍然是描述引力最好的理论。

根据爱因斯坦的广义相对论，引力是由质量扭曲空间和时间而产生的。一个物体的质量越大，它的引力也就越大。

此前，科学家们主要在相对较弱的引力场中测试对广义相对论的预测，比如地球和太阳系的引力场。而在更为强大的引力场里——例如那些被认为潜伏在每个大型星系中心的超大质量黑洞——研究人员有可能会发现违反广义相对论的现象，从而推导出有助于解释宇宙奥秘(暗物质和暗能量)的新理论。

这项研究的联合首席作者、加州大学洛杉矶分校(University of California Los Angeles)天文学教授安德烈娅·盖兹(Andrea Ghez)在一份声明中说。：“爱因斯坦是对的，至少目前来说是对的，我们的观测结果与爱因斯坦的广义相对论一致。然而，他的理论也有着弱点，它不能完全解释黑洞内部的引力，在某种程度上，我们需要摒弃爱因斯坦的理论，建立一个更全面的引力理论来解释黑洞究竟是什么。”

在这项新的研究中，天文学家研究了超大质量黑洞人马座A*( Sagittarius A*，通常缩写为Sgr A*)。这颗巨型黑洞位于银河系的核心，其质量约为太阳的400万倍，直径约为1460万英里(2360万公里)。

科学家们在2018年对恒星S0-2进行了监测，该恒星运行周期为16年，那时候它的轨道运行位置最接近人马座A*，最近的时候离黑洞只有120个天文单位(AU)——一个AU是地球和太阳之间的平均距离，约9300万英里(1.5亿公里)——以2.7%的光速运行。

利用位于夏威夷的凯克天文台、双子座天文台和Subaru 望远镜，天文学家们成功用3D技术跟踪了S0-2恒星的完整轨道，他们将这些数据与过去24年的测量数据结合了起来。

研究人员研究了广义相对论的一个被称为“引力红移”的预测，该预测认为，引力可以扭曲光。就像救护车向人们驶来时警报器的音调会更高，而当车子驶离时，警报器的音调会更低一样，落向重力场的光线会被转移到光谱蓝色的那一端，而逃离重力场的光线则会变红，或发生红移。

这项研究的主要作者、加州大学洛杉矶分校的天体物理学家Tuan Do说：“这些测量标志着一个时代的开始，我们终于可以利用超大质量黑洞附近恒星的轨道来测试引力本质了。”

Do补充说:“虽然很久之前我们就在理论上预料到这种方法，但对于能够实际运用这种方法我们还是感到很兴奋。这是通往未来路上的一个里程碑，是对广义相对论和其他引力理论更有力的检验。”

从S0-2恒星上探测到的光谱显示，人马座A*极端重力引起的S0-2光谱红移与广义相对论预测的相一致。Do说，看到广义相对论的预测能够经受住黑洞，甚至超大质量黑洞的考验实在是非常令人惊讶，因为在爱因斯坦创立他的理论的时候，他甚至还不知道超大质量黑洞的存在。

这项关于S0-2恒星的研究只是所有计划研究中的第一个，科学家们计划对人马座A*附近的恒星进行的多个广义相对论研究，其中一个研究的目标是S0-102恒星，它是人马座A*附近3000多颗恒星中轨道最短的恒星，运行周期为11.5年。

科学家们7月25日在《科学》杂志的网站上详细介绍了他们的发现。