天文新发现！银河系中心惊现近黑洞恒星，有望揭开黑洞自旋之谜

你敢信吗，银河系正中央2.7万光年外，藏着一个430万倍太阳质量的超大黑洞，这就是我们熟悉的人马座A*。它是离地球最近的超大质量黑洞，也是天文学家蹲了三十年研究的热门对象。最近科学家终这颗新恒星编号S301，是德国研究团队牵头找出来的，成果刚发在《自然》杂志上。它绕黑洞跑一圈只要8.7年，之前的最快纪录保持者S55要跑12年，直接把纪录刷了快三分之一。它冲去离黑洞最近的近心点时，速度能飙到每秒2.5万公里，差不多是光速的8.5%，妥妥成了目前银河系已知速度最快的恒星。

于在它身边挖到宝，找到了一颗前所未有要说速度快只是它的附加buff，真正让天文学家兴奋的，是它离黑洞足够近。之前拿诺奖的S2星，最靠近黑洞的时候，距离大概是1400个史瓦西半径，这个单位简单说就是黑洞事件视界的半径。S301最靠近的时候只有136到142个史瓦西半径，算下来整整近了十倍，差不多也就土星到太阳的距离，搁黑洞旁边真的是贴脸贴到离谱。

的近黑洞恒星。黑洞旋转会拖动周围的时空，这种效应对时空的影响会随着距离增加迅速衰减。过去S2离得太远，这个效应弱到根本测不出来，放到S301这里，信号强度刚好到了现有仪器能摸到的范围。这意味着我们终于有机会直接测出来，人马座A*到底转得有多快。

很多人对广义相对论里的时空弯曲有点概念，牛顿引力里恒星会一直沿着同一个椭圆轨道转。广义相对论里，黑洞把周围时空压弯了，恒星每转一圈，椭圆轨道就会往前挪一点，转的圈数多了，轨道看起来就像一朵慢慢绽开的花，这个效应叫史瓦西进动。我们熟知的水星近日点进动就是这个效应，当年也是广义相对论最早的实锤证据。

要是黑洞本身还在旋转，那就多了一层效应。旋转的黑洞就像泡在蜂蜜里转的勺子，会带着周围的时空跟着一起打旋，这个现象叫参考系拖曳，对应的轨道偏转叫伦斯-蒂林进动。这个偏转完全来自黑洞旋转带的影响，也就是我们要找的黑洞自旋的信号。可这个信号比史瓦西进动弱得多，衰减也更快，只有恒星离黑洞足够近，才有可能测出这个微小的偏转。

现在学界对人马座A*的自旋速度吵得不可开交，有人从黑洞外流推测它自旋接近0.9，已经快到理论极限了，也有人说它自旋上限不到0.1，基本不怎么转。之前的测量都要靠气体发光、磁场这些间接推算，每个团队用的假设不一样，结果差出十万八千里，谁也说服不了谁。

S301的好就好在，它给了我们一个完全直接的办法，不用猜气体怎么流，不用假设磁场是什么样，直接看黑洞旋转拖动时空，怎么改变S301的轨道就行了。这次新发现只是第一步，还没测出实际的自旋结果，所有数值都是未来观测的模拟，不是实锤。

要找到这么暗这么远的恒星真的不容易，S301亮度只有S2的百分之一，就是一颗质量和太阳差不多的普通恒星，搁银河系中心密密麻麻的群星里，跟海底捞针没区别。科学家靠欧洲南方天文台的甚大望远镜干涉仪，把四台8米望远镜的光拼在一起，才拿到足够高的分辨率，从旧数据里挖出了它的踪迹。前后八年攒了19个位置点，才拼出了它完整的轨道。

现在我们还没拿到三维轨道的全部数据，沿视线方向的速度还没测出来，连轨道到底是哪一种都还没敲定，自然测不出自旋。那还要等多久呢？S301绕一圈要8.7年，上一次过近心点是2023年，下一次要等到2031年。天文学家得盯着这次近心点掠过，攒够新的数据，扣掉其他干扰，才能从大偏转里抠出那不到0.1度的自旋信号。

按照现在的计划，一直观测到2035年前后，再加上下一代极大望远镜补上视线速度的数据，要是黑洞本身转得够快，方向也刚好对，我们就能拿到第一个直接测出来的人马座A*自旋结果。这个结果对天文学来说真的太重要了，黑洞只需要质量、自旋、电荷就能描述清楚，天体黑洞几乎不带电，质量早就测准了，就差自旋这最后一块拼图。

自旋还藏着黑洞成长的秘密，如果黑洞一直吞同方向的物质，就会越转越快，如果是乱七八糟的并合吸积，自旋就会被拉低，最终的自旋就是黑洞成长历史留下的脚印。更关键的是，这次测量能把广义相对论的检验，推到超大质量黑洞旁边的强引力场，看看参考系拖曳效应在极端环境下是不是还符合理论预测。

两万七千年前S301发出的光才从银河系中心出发，走到今天才被我们接收到，拼成了这条离黑洞最近的恒星轨道。未来十年我们等的不只是它再跑一圈，而是那一点点微小的轨道偏转，那一点点偏差，就能给我们答案，那个藏在银河系中心的看不见的庞然大物，到底转得有多快。

参考资料：新华社 银河系中心发现绕超大质量黑洞运动新恒星