作者：Phil Plait，翻译：王婧彧
原文链接：
https://www.syfy.com/syfywire/astronomers-find-a-star-dive-bombing-our-galaxys-supermassive-black-hole
在我们银河系的中心盘踞着一个超大质量黑洞——人马座A*（Sgr A*），其质量是太阳的400 万倍。
我们是如何知道这个黑洞的质量呢？一方面归功于围绕着 Sgr A*旋转的一个星团。这个星团由被称为S星的明亮年轻恒星组成，宽度达到四分之一光年（两万多亿千米）。S2 星是这群恒星中的一个，它沿一个椭圆形轨道运行，距离 Sgr A*最近的时候只有 160 亿千米。近期，S2 星更是达到了有观测以来的最近位置。
但是一群一直在紧盯着S星团的天文学家发现了另外一颗恒星——S62 星刷新了这个记录：它离黑洞最近时只有令人战栗的28 亿千米！这可比天王星离太阳的距离还近。写到这里，笔者不禁后背发凉，我是无论如何不想离得那么近的。S62 星好像也是这么想的，因为当它到达近质心点（与黑洞距离最近时）时会以 20000km/s的速度呼啸着掠过黑洞。这个速度是光速的 6.6%!难以想象把一颗恒星加速到这个速度是什么样的场景。
根据观测数据绘制的S星团图像，Sgr A*位于黄色十字位置，S62 星就在它的右上方。Credit: Gillessen et al
S62 星十分暗淡，是这个星团里能够看到的最暗的星之一，这也给对其运动的追踪增加了困难。但是，利用八米口径的智利甚大望远镜（VLT，Very Large Telescope）的一对相机，天文学家们得以在 2002~2012 年间对它进行多次观测，也就是看着它绕着 Sgr A*运动。想利用得到的图像来确定 S62 星的轨道形状是十分困难的，因为 2018 年明亮的 S2 星从黑洞面前穿过，它耀眼的光芒干扰了对 S62 星的观测。然而，天文学家们利用数学方法拟合出了 S62 星的位置，从而得到了轨道的形状。从图中可以看到，S62 的轨道形状既是不可思议的但又十分可怕。
包括 S62 星（红色）的四颗S星的轨道，它们围绕着银河系中心的超大质量黑洞运行。用点标记的是观测到的位置，线标记的是计算出的轨道。黑洞位于坐标系中心用小黑线标记的位置。Credit: Peißker et al.
这个轨道是一个被极端拉长的椭圆，致使 S62 星最近的时候离黑洞只有 28 亿千米而最远的时候有 2300 亿千米（大约是天王星与太阳距离的 40 倍）。而它的运行周期只略低于 10 年，这就意味着 S62 星运动得很快。如果能够得到它更多的位置，特别是近质心点附近的，就能更好地确定出来它的轨道。
一系列关于银河系中心黑洞的观测，显示了黑洞的位置（用“x”表示）以及围绕其运动的 S62 星的位置（绿色虚线圆圈）。
好消息是，S62 目前正向接近黑洞的方向运动。预计它将在2023 年 3 月经过黑洞，这给观测留下了足够的准备时间。不仅如此，到那时我们还会看到相对论效应带来的一种奇异的现象。
根据牛顿运动定律，如果有一个物体围绕另一个质量比它大的物体运动，在没有其他物体干扰下，它的运动轨迹是永远不变的。但是，如果看看爱因斯坦的广义相对论中的方程，这个轨道会产生进动——也就是说，轨道的长轴会旋转，因为从相对论的角度来说，大质量的物体会扭曲空间。这会让小质量物体的运动轨迹改变，轨道产生进动。
随着水星环绕着太阳，它每次到达近日点，轨道都会产生进动，或者说略微旋转。这是由于广义相对论效应。Credit: Frobenius / Physics Stack Exchange
我们知道这一现象是因为我们已经观察到水星就是这样：它的轨道由于这种效应正在以广义相对论预测的量值缓慢地旋转。当这种现象出现时，轨道旋转的程度由两个天体的距离以及被绕转天体的质量决定。
黑洞质量十分巨大，S62 星又会很接近 Sgr A*。进行观测的天文学家们预测 2023 年它经过黑洞时会进动 10°。这是一个很大的角度，仔细的观测理论上能够发现这个变化。即使这一次的观测很难确定角度的大小，十年之后角度还会再增加 10°，20°的倾角应该就容易观测到了。
目前，S62 是距离黑洞最近的纪录保持者，但它地位可不一定稳固。天体不能太接近黑洞，因为这样它们的轨道就变得不稳定并使它们坠入黑洞，甚至在落入之前就会被黑洞强烈的潮汐力撕碎。然而，随着对这片小而拥挤的区域的观测能力的提高，我很好奇能否看到更接近那个“有去无回点”的恒星？
图片来源: NASA, ESA, Hubble, Chandra