银河系最快恒星S301：检验超大质量黑洞自旋的新窗口

突破性发现：银河系最快恒星S301

天文学家利用欧洲南方天文台甚大望远镜干涉仪（VLTI）及其GRAVITY+仪器，在银河系中心发现了一颗破纪录的恒星——S301。这颗恒星围绕人马座A*（Sagittarius A*）——银河系中心的超大质量黑洞运行，其速度达到惊人的每秒25000公里，相当于光速的8%以上，是目前已知银河系中运动最快的恒星。S301的轨道周期仅8.7年，在最近距离时，它离黑洞仅约12个天文单位（相当于太阳到土星的距离），比此前任何已知恒星都更靠近黑洞。这一发现发表在《自然》杂志上，由马克斯·普朗克地外物理研究所（MPE）的博士生Felix Mang领衔，诺贝尔奖得主Reinhard Genzel也是合作团队的重要成员。

如何捕捉到这颗暗弱恒星

S301在天空中比参宿四暗弱20亿倍，观测难度极大。研究团队借助VLTI的独特能力——将四台8米望远镜的光束合成，形成等效于单台望远镜15倍角分辨率的“虚拟望远镜”——才得以捕捉到它的踪迹。GRAVITY+仪器经过升级后，于2023年春季首次探测到这颗新星，随后团队持续追踪其运动，并回溯到2017年的数据，确认它在2023年初完成了上一次最接近黑洞的飞掠。这一观测在智利帕拉纳尔天文台完成，全球只有该地具备四台8米望远镜协同干涉的能力。

科学意义：测量黑洞自旋的新工具

S301之所以格外重要，是因为它距离黑洞如此之近，以至于其轨道会受到黑洞自旋的显著影响。根据爱因斯坦广义相对论，旋转的黑洞会拖曳周围的时空结构（即“参考系拖曳”效应），扭曲附近天体的轨道。对于快速旋转的黑洞，这种效应在近距离处尤为强烈。此前，要测量人马座A*的自旋，需要追踪多颗恒星长达数十年。而S301的出现将这一时间压缩到10年以内——只需观测它完成至少两个完整轨道（约17年），就能精确约束其轨迹，进而直接推算出黑洞的自旋参数。MPE研究员Stefan Gillessen表示：“这将首次直接测量大质量黑洞的自旋，是对爱因斯坦理论的关键检验。”

S301的起源也颇具戏剧性。恒星无法在如此靠近黑洞的地方形成，因此天文学家推测它原本属于一个双星系统，在靠近黑洞时被潮汐力撕裂：S301被黑洞引力捕获，而它的伴星则以极高速度被弹射出去，很可能已经逃离银河系。这种“潮汐瓦解”机制解释了为何存在如此极端的轨道。

未来观测与展望

S301的下一次最近飞掠将在2031年。届时，升级后的GRAVITY+以及欧洲南方天文台在建的极大望远镜（ELT）上的MICADO仪器，将对它进行更精确的跟踪。结合两个完整轨道的数据，科学家有望首次直接测量银河系中心黑洞的自旋速率和方向。这不仅将验证广义相对论在强引力场下的预言，还可能揭示黑洞的演化历史——例如，它是否通过吸积物质或并合获得自旋。Felix Mang感叹：“如果成功，那将是梦想成真。”这一发现也为未来使用更灵敏的引力波探测器或空间望远镜研究黑洞极端环境铺平了道路。

原标题：Fastest known Milky Way star offers new test of supermassive black hole's spin。 来源：phys.org。

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