爱因斯坦的预言再一次被证实，黑洞附近恒星的诡异运动给出证据
对于爱因斯坦的预言被证实这件事，我们几乎已经习以为常了。通过广义相对论，爱因斯坦让世人看到了很多惊人的理论，也让他们迟迟无法证明这些理论。直到100多年后的今天，仍然需要人们去证明。
广义相对论第一次被证实，就是解释了水星进动问题。水星进动指的是水星公转的实际轨迹和牛顿定律计算出的理论轨迹不符合的现象，这个谜题困扰了科学家几十年，人们甚至不得不提出了水星内部还有行星的假设，但没有一个假说是成立的。知道爱因斯坦提出了广义相对论，而天文学家利用这个理论计算出的水星轨迹完美符合了实际，最终解开了这个谜题，同时也证实了广义相对论的正确性。
最近，在经过长达27年的观测之后，天文学家在银河系中心再次找到了证明广义相对论的证据，让我们再一次被爱因斯坦的智慧所折服。
提到这一次证实广义相对论，我们就不得不提到一个人——卡尔·史瓦西。史瓦西是德国物理学家，他对爱因斯坦的广义相对论进行过详细的分析，并且推导出了许多理论，这些理论都是证实广义相对论的重要证据。比如黑洞，就是史瓦西通过爱因斯坦场方程求出的一个真空解所推测出来的。
除了黑洞之外，史瓦西还推导出了极小质量的粒子在某个引力场中的运动轨迹，这叫做史瓦西进动。后来人们发现，其实这个现象不仅仅可以研究微观粒子，只要引力场足够强大，其中的某个天体质量小到可以忽略不计，就都符合这个现象，比如太阳系内的行星，或者超大质量黑洞旁边的恒星。
这一次证明这个理论，是通过银河系中心的超大质量黑洞人马座A*和它附近的一颗恒星S2。
高中物理中的开普勒行星三大定律中的第一条就告诉我们：行星以椭圆形的轨道围绕太阳公转，太阳位于其中一个焦点上。这一条定律不仅仅适用于太阳系，对于宇宙中的很多天体都是适用的。不过，在史瓦西所描述的情况（可忽略质量的天体位于强大引力场）下，天体就会以诡异的轨道公转。
比如这颗名为S2的恒星，围绕着质量400倍于太阳的超大质量黑洞人马座A*公转，就符合这个体系。因此科学家推测，按照史瓦西根据广义相对论所推导出的史瓦西进动理论，这颗恒星会以花瓣状的轨道围绕黑洞公转。
经过长达27年的持续观测，科学家们果然发现了这种螺旋形的运动轨迹，爱因斯坦的理论再一次被证实。
这是人类第一次在超大质量黑洞周围探测到史瓦西进动现象，这表明即使在最极端的引力环境中，恒星的运动轨迹也是符合爱因斯坦理论的。从水星到恒星，从太阳到超大质量黑洞，它们的运动规律都掌握在爱因斯坦的广义相对论中。
德国马斯克·普朗克天文研究所的天体物理学家、GRAVITY协作组成员Reinhard Genzel解释说：“爱因斯坦的广义相对论预测，一个天体围绕另一个天体的轨道并不像牛顿定律那样是封闭的，而是在运动平面内向前进动。这个现象最早在水星轨道上被证实。一百年后的今天，我们在银河系中心的人马座A*附近检测到了同样的效应。”
据介绍，S2距离人马座A*大约17光时，也就是200亿公里左右，相当于海王星轨道的4倍。在黑洞的200亿公里外，和距离太阳200亿公里是完全不同的概念。黑洞的恐怖引力会产生更强的向心力，试图将S2吞噬到腹中。不过S2能保护自己的周全，也在于惊人的公转速度所提供的离心力相平衡。观测结果显示，S的公转速度已经达到了3%光速，也就是每秒9000公里，公转周期仅16年，相当惊人。因此，在这个极度危险的地狱边缘，S2才能独善其身。
这种走在“刀刃上”的天体，对于天文学家来说无疑是绝佳的观测对象。因此，从1992年开始，GRAVITY协作组就开始了对它的观测，一直到2019年底。
这不是S2第一次证明广义相对论，在2018年的时候，S2运行到人马座A*附近，产生了极端的光线变化，证明了广义相对论的另一个预言。而这一次，天文学家对它观测的330个结果，再一次巩固了广义相对论的地位。
除此之外，S2的运动轨迹正好可以让科学家加以利用，反推出人马座A*的质量，这个方法也很简单，就是牛顿圆周运动的公式代入即可。结果再一次符合了以往天文学家的推测——400万倍太阳质量，看起来银河系中心的这颗超大质量黑洞的体型已经基本不会被驳倒了。
在此之前，天文学家还利用S2的运动轨迹，重新测量了太阳系到银心的距离。同样的，结果再一次和以往的数据重合，大约是2.6万光年。
天体物理学家Guy Perrin和Karine Perraut指出：“由于S2的观测结果非常好地遵循广义相对论，我们可以更好地缩小人马座A*附近不可见物质的质量范围，比如暗物质或者是其他小黑洞，这对于理解超大质量黑洞的形成和演化有很重要的意义。”
仅仅是这样一颗恒星，就能给天文学家提供如此多的信息，这就是天文学的奇妙之处。我们的科技还没有非常先进，对于宇宙的了解也很有限，因此天文学家不得不像侦探一样不断地推导和分析、演绎，才能获得更多的信息。看起来，天文学家这个差事，还真的是不轻松啊……