一个国际天文学家团队发现了目前银河系中已知运行速度最快的恒星。这颗名为S301的恒星围绕银河系中心的超大质量黑洞——人马座A*运行，最快速度达到每秒2.5万公里，超过光速的8%。它的运行轨道非常接近人马座A*，其运动有望帮助科学家首次直接测量大质量黑洞的自转，并为检验爱因斯坦广义相对论提供新的机会。相关研究发表于最新一期《自然》杂志。


这组由欧洲南方天文台甚大望远镜干涉仪（VLTI）上的GRAVITY仪器拍摄的图像序列，显示了围绕人马座A*（银河系中心的超大质量黑洞）运行的多颗恒星。最近被发现，其中一颗名为S301的恒星比任何其他已知恒星都更接近黑洞。S301绕人马座A*公转周期为8.7年。在它距离人马座 A*最近的时刻——类似于太阳到土星的距离——这颗恒星的运行速度超过光速的8%。图中以海王星的轨道大小作为参考。S301掠过人马座A*的距离非常近，以至于它的轨道可能会受到黑洞自转的影响，黑洞的自转会扭曲周围的时空。S301的轨道在这里用椭圆曲线表示。在每一帧中，实线表示恒星目前为止的运行轨迹，虚线表示它接下来的运行轨迹。图源：欧洲南方天文台（ESO）/GRAVITY合作团队

研究人员利用欧洲南方天文台位于智利帕拉纳尔天文台的甚大望远镜干涉仪（VLTI）及其GRAVITY仪器，对S301进行了长期观测。人马座A*质量约为太阳的400万倍，S301围绕它运行一周仅需8.7年。最近时，S301与黑洞的距离约为地球与太阳距离的12倍，约为土星与太阳之间的距离，是目前观测到的距离人马座A*最近的恒星。

在接近黑洞的过程中，S301的运行速度约为每秒2.5万公里，是商用飞机速度的10万倍以上，成为目前已知银河系中运行速度最快的恒星。研究人员表示，S301也是目前已知距离人马座A*最近且能够被持续观测的恒星。

研究人员认为，S301的轨道特征以及恒星无法在如此靠近超大质量黑洞的位置形成，表明它很可能原本属于一个双星系统。当这个双星系统靠近人马座A*时，黑洞强大的潮汐力将两颗恒星撕裂，其中一颗被黑洞引力捕获，成为如今的S301；另一颗则被高速抛出，其速度可能高到足以逃离银河系。

天文学家预计，人马座A*正在自转。根据爱因斯坦广义相对论，自转黑洞会拖拽周围时空，使其发生扭曲，并影响附近恒星的运行轨道。这种效应在天体距离黑洞足够近、黑洞自转速度足够快时会更加明显。

研究人员计划在未来10年继续追踪S301，并利用欧洲南方天文台极大望远镜（ELT）上的MICADO仪器开展观测。S301预计将于2031年再次接近人马座A*。通过持续观测其轨道变化，有望首次直接测量人马座A*的自转，为检验爱因斯坦广义相对论提供重要机会。