爱因斯坦再次获胜：正如GR预测的那样，恒星绕黑洞运转

这项工作已经进行了将近30年，但是与智利阿塔卡马沙漠中的甚大望远镜（VLT）合作的科学家现在首次测量了绕超大质量黑洞运行的恒星的独特轨道在我们银河系的中心。恒星的路径（称为S2）描绘出独特的玫瑰花形图案（类似于呼吸描记器），与爱因斯坦广义相对论的中心预测之一一致。这项国际合作在《天文学与天体物理学》杂志的一篇新论文中描述了他们的研究结果。

“广义相对论预测，一个物体围绕另一个物体的束缚轨道不会像牛顿引力那样闭合，而是在运动平面中向前进动，” 马克斯·普朗克外星物理研究所（MPE）主任加里奇说，德国。“这种著名的影响-首次在水星绕太阳旋转的轨道上发现-是支持广义相对论的第一个证据。一百年后，我们现在已经在恒星绕银河系中心的紧凑型射手座射手座A *（SagA *）绕行的恒星运动中发现了同样的效果。”

当爱因斯坦发展相对论时，他提出了三项经典检验  来证实其有效性。其中之一是太阳对光的偏转。由于大型物体会扭曲和弯曲时空，因此光将沿着大型物体周围的弯曲路径移动。由于亚瑟·爱丁顿爵士（Arthur Eddington）的考察队  对通过太阳附近的星光的引力偏转进行测量，这一预测在1919年的那一年的日食得到了证实。这一确认成为世界各地的头条新闻，爱因斯坦因此家喻户晓。

广义相对论还预测了在存在强引力场的情况下光的引力红移。1954年，首次对白矮星的星光进行了红移的测量证实了这一点。

第三个测试是水星绕太阳旋转的偏心椭圆轨道的进动。由于其他行星的引力，每100年左右，行星的近日点或最接近太阳的点漂移约0.001度。那就是天文学家最终发现海王星的方式。天文学家注意到天王星的轨道上出现了一些奇怪的扰动，而19世纪的法国数学家Urbain Le Verrier正确地推断出这是另外一颗行星的证据。他的1845年预测在1846年9月得到观察证实。

Le Verrier还尝试根据牛顿重力对水星的轨道进行建模，该过程在1843年水星过境期间进行了测试。他的模型未能通过该测试，他建议再次偏离，可能是由于假设的尚未发现的行星甚至更靠近太阳，后来被称为瓦肯人。但是在随后的几十年中，没有确认过的关于这种行星的观测发生。爱因斯坦证明了牛顿引力理论是不完整的。广义相对论正好解释了观测到的水星轨道。

如果广义相对论的那些关键预测已经通过实验得到证实，那么为什么科学家如此热衷于继续测试它们呢？嗯，太阳系以外可能存在独特的环境-例如，超大质量黑洞的极端引力-物理定律可能并不完全相同。SagA *是研究此问题的理想实验室，特别是考虑到围绕它运行的密集恒星簇。其中一颗恒星S2特别引人关注，因为它在最接近时（不到200亿公里）靠近黑洞。

进入1998年首次上线的VLT背后的人们。VLT团队能够在S2首次观测恒星时通过，探测到黑洞周围微弱的辉光。大约两年后，即2018年，他们成功地测量了S2的引力红移，即黑洞的强大引力将恒星经过的光扩展到更长的波长。使用VLT的Gravity，SINFONIA和NACO仪器进行的红外观测显示，光的偏移量与广义相对论的预测精确匹配。

像红移效应一样，S2轨道的进动很小，这意味着天文学家可以检测到它们需要更长的观察时间。S2每16年完成一次轨道。该团队最终收集了有关恒星位置和速度的足够数据点（总共进行了330多次测量），以精确绘制出其轨道。正如广义相对论所预测的那样，每当S2经过超大质量黑洞附近时，它都会受到引力的“踢”，使其轨道改变得如此之小，因此轨道路径形成了漂亮的玫瑰花形状。

葡萄牙天体物理学和引力中心的保罗·加西亚（Paulo Garcia）说： “我们先前的结果表明，恒星发出的光经历了广义相对论。现在，我们已经表明，恒星本身可以感知广义相对论的影响。” 重力。

下一阶段将依靠即将到来的超大型望远镜，这将使科学家能够看到超大质量黑洞附近的许多微弱恒星。科隆大学的另一位首席科学家安德烈亚斯·埃卡特（Andreas Eckart）说： “如果幸运的话，我们可能会捕获到足够近的恒星，以使它们实际感受到黑洞的自转，自旋。” 从而使天文学家能够测量SagA *的自旋和质量，并定义周围的空间和时间。“那将再次是完全不同的测试相对性。”