天文學家發現了一顆目前已知運動速度最快的銀河系恆星。它被命名為S301，正以每秒大約2萬5千公里的速度，繞着銀河系中心的超大質量黑洞——人馬座A*運行。科學家認為，對這顆恆星的長期追蹤，有望在未來十年幫助他們測量這個黑洞的自旋，並進一步檢驗愛因斯坦廣義相對論在極端引力環境下的預言。
銀河星系。 DR
這項研究由國際科研團隊完成，相關成果發表在《自然》雜誌。負責這項觀測合作項目的德國馬克斯·普朗克地外物理研究所所長萊因哈德·根澤爾說，科學家幾十年來一直在觀察圍繞銀河系中心黑洞運行的恆星，而S301的出現，為研究黑洞附近極端的時空環境打開了一扇新的窗口。根澤爾曾因發現銀河系中心黑洞，與美國天文學家安德烈婭·蓋茲共同獲得2020年諾貝爾物理學獎。
那麼，這顆恆星究竟有多特別？
首先是它的速度。S301在距離人馬座A*最近的時候，運行速度達到每秒約2萬5千公里，相當於光速的百分之八。這一速度大約是商用客機的十萬倍。更令人驚訝的是，它運行的軌道非常狹長。S301繞人馬座A*一周大約需要8.7年，而在最接近黑洞的時候，它與黑洞之間的距離只有地球到太陽距離的12倍左右。對於天文學家來說，這意味着S301正在一個極其強大的引力場中高速運行。
為了觀測這顆非常微弱的恆星，研究團隊使用了位於智利的歐洲南方天文台的甚大望遠鏡干涉儀，也就是VLTI，以及配套的GRAVITY+儀器。VLTI可以把四台8米級望遠鏡收集到的光線合併起來，形成一台巨大的「虛擬望遠鏡」，從而獲得極高的空間解像度。
S301本身也非常暗。它的亮度只有獵戶座著名紅超巨星參宿四的20億分之一。研究人員在2023年春季首次觀測到它，隨後持續跟蹤其運動，並逐漸確定它的運行軌道。
科學家還提出了一種關於S301身世的推測。
按照目前的認識，恆星不太可能在距離人馬座A*如此近的地方形成。因此，S301很可能原本屬於一個雙星系統。這個雙星系統在經過銀河系中心附近時，受到人馬座A*強大潮汐力的作用，最終被撕裂。其中一顆恆星被黑洞的引力捕獲，成為今天觀測到的S301；另一顆則可能被以極高速度拋射出去，甚至已經逃離銀河系。
不過，S301最令科學家期待的價值，並不僅僅在於它跑得快。天文學家認為，人馬座A*黑洞應該也在自轉。而根據愛因斯坦的廣義相對論，一個旋轉的黑洞會拖拽周圍的時空，並對附近天體的軌道產生影響。這種非常微弱的軌道變化，理論上可以成為測量黑洞自旋的「指紋」。
研究人員計劃繼續追蹤S301。預計到2031年，這顆恆星將再次運行到距離人馬座A*最近的位置。通過至少觀測它兩次完整的軌道，科學家有望更加精確地確定它的運動軌跡，並從軌道變化中尋找黑洞自旋留下的痕跡。
巴黎-PSL天文台LIRA實驗室天文學家、論文合著者Juan Osorno表示，如果沒有像S301這樣特殊的恆星，科學家可能還需要幾十年的時間，通過觀察其他恆星的運動，才能逐漸接近測量人馬座A*自旋的目標。
換句話說，S301不僅是目前銀河系中速度最快的恆星之一，它還可能成為天文學家研究黑洞自旋、探索強引力環境下時空性質的一把重要鑰匙。而未來數年，特別是2031年前後的觀測結果，或許將告訴人們：銀河系中心這個神秘黑洞，究竟轉得有多快。
