广义相对论在黑洞附近仍然成立

爱因斯坦又对了！据美国太空网近日报道，通过分析银河系中央超大质量黑洞人马座A*（Sgr A*）对其附近恒星的极强引力，美国天文学家证明，爱因斯坦的广义相对论在黑洞附近仍然站得住脚，仍是迄今有关引力工作原理的最佳描述。

广义相对论指出，引力是由质量扭曲空间和时间引起的，物体的质量越大，引力越强。科学家们目前已在相对较弱的引力场，如地球和太阳系内的引力场中测试了广义相对论的正确性。但在更强大的引力场，例如据信潜伏于几乎所有大星系中央的超大质量黑洞的引力场内，广义相对论是否仍然正确？

研究人员称，如果在此尺度上发现违背广义相对论的情况，可能催生新理论，有助解释暗物质和暗能量等宇宙奥秘。

天文学家们研究了位于人马座A*附近的恒星S0-2。人马座A*的质量约是太阳质量的400万倍，直径约为2360万公里。2018年，S0-2距离人马座A*最近时，科学家对其进行了监测。这颗恒星的轨道周期为16年，距黑洞120个天文单位（约1.5亿公里），行进速度为光速的2.7％。

使用凯克天文台、双子座天文台和斯巴鲁望远镜，天文学家成功追踪了S0-2的完整轨道，并将相关数据与过去24年来的测量结果结合。

S0-2发出的光产生的光谱揭示，由于人马座A*的极强引力，光经历了广义相对论所预测的引力红移。引力红移指光在引力场中传播时，从引力场强的地方传递到引力场弱的地方会出现红移，即频率变低的现象。

研究主要作者、加州大学天体物理学家杜团（音译）表示：“这标志着一个时代的开始，我们可以利用银河系中央超大质量黑洞周围的恒星轨道来测试引力的本质，这是通向未来更强的广义相对论和其他引力理论测试的里程碑。”

针对S0-2的这项研究，是科学家计划在人马座A*附近恒星上进行的第一次调查广义相对论的研究。另外的研究目标包括S0-102，它是这一超大质量黑洞附近3000多颗恒星中轨道最短的，轨道周期约为11.5年。

研究联合主要作者、加州大学洛杉矶分校天文学教授安德里亚·盖茨说：“我们的观察与爱因斯坦的广义相对论一致。爱因斯坦是对的，至少现在是这样。但这一理论也有弱点，它无法完全解释黑洞内的引力，有些时候，我们需要超越爱因斯坦的理论，用更全面的引力理论来解释黑洞。”