- S301 是銀河系中速度最快的恆星，環繞黑洞的速度超過光速 8%。
- S301 在 8.7 年內完成一圈圍繞人馬座 A* 的軌道，距離極近。
- 研究人員認為 S301 可能曾屬於雙星系統，並被黑洞捕獲。
- 這一發現有助於檢測黑洞的旋轉，並驗證愛因斯坦的理論。
一顆微弱且先前未被注意的恆星剛剛奪得銀河系中速度最快恆星的稱號。這顆恆星以超過光速 8% 的速度環繞著我們銀河系的中央黑洞運行。天文學家利用其中一個最強大的儀器觀測到了這個物體，現在被指定為 S301，以研究銀河中心密集的恆星環境。根據研究，這顆恆星在其最快的時刻，其速度達到約每秒 15,500 英里（25,000 公里）。這一速度使得 S301 明顯領先於之前在環繞人馬座 A* 的恆星中保持的紀錄。
獨特的軌道
S301 的獨特軌道特徵
德國馬克斯·普朗克外星物理研究所的博士生 Felix Mang 表示，S301 的特殊之處不僅在於速度。這顆恆星在僅僅 8.7 年內完成一圈圍繞人馬座 A* 的軌道。在最近的接近時，它的距離僅是地球和太陽之間距離的 12 倍。Mang 認為，這種接近與軌道速度的組合在已知的銀河中心恆星中是前所未有的。
研究人員最早在 2023 年使用位於智利的歐洲南方天文台大型望遠鏡干涉儀的 GRAVITY 儀器觀測到了 S301。其後，他們通過追溯 2021 年和 2017 年的早期觀測數據，追蹤了這顆恆星的運行軌跡。
伴星的捕獲
S301 的起源與黑洞捕獲
這顆恆星的高度拉長軌道提供了它為何會如此接近人馬座 A* 的線索。研究人員認為 S301 可能曾經屬於一個雙星系統，因而過於接近黑洞的重力。在這種情況下，人馬座 A* 會捕獲 S301，同時將伴星以驚人的速度向外拋出。這一劇烈過程或許可以解釋該恆星今天在黑洞周圍的奇異拉長及高速軌道。
檢測愛因斯坦的理論
檢測黑洞旋轉的潛力
這一發現為天文學家提供了一個新工具，用於探測這個約為太陽質量 430 萬倍的黑洞。一般相對論預測，旋轉的黑洞會隨著其旋轉拖曳時空結構，這種效應稱為框架拖曳或 Lense-Thirring 順序進動。由於 S301 以如此接近人馬座 A* 的軌道運行，時空的扭曲將隨著時間逐漸重塑恆星的軌道。這項研究的共同作者、同樣來自馬克斯·普朗克研究所的 Stefan Gillessen 表示，這些變化在約十年內可能會變得可測量，這將首次提供直接測量大質量黑洞旋轉的方式。
天文學家計劃繼續使用 GRAVITY+ 儀器跟蹤 S301，並最終利用目前正在建設的歐洲南方天文台超大型望遠鏡進行觀測。預計 S301 下一次接近人馬座 A* 的時間為 2031 年。跨越兩個完整軌道的觀測可能最終揭示黑洞的旋轉，這將是對愛因斯坦百年理論的一次關鍵檢驗。
S301 對黑洞研究的重要性
S301 的發現不僅揭示了銀河系中恆星運行的極端情況，還為研究黑洞提供了新的視角。其獨特的軌道和速度可能源於過去的雙星系統，這一過程的理解有助於我們掌握黑洞的引力影響。透過持續觀測 S301，天文學家將能夠更準確地測量黑洞的旋轉，這對於驗證愛因斯坦的相對論具有重要意義，並將推動天文學的進一步發展。