天文学家发现了一颗目前已知运动速度最快的银河系恒星。它被命名为S301，正以每秒大约2万5千公里的速度，绕着银河系中心的超大质量黑洞——人马座A*运行。科学家认为，对这颗恒星的长期追踪，有望在未来十年帮助他们测量这个黑洞的自旋，并进一步检验爱因斯坦广义相对论在极端引力环境下的预言。
银河星系。 DR
这项研究由国际科研团队完成，相关成果发表在《自然》杂志。负责这项观测合作项目的德国马克斯·普朗克地外物理研究所所长莱因哈德·根泽尔说，科学家几十年来一直在观察围绕银河系中心黑洞运行的恒星，而S301的出现，为研究黑洞附近极端的时空环境打开了一扇新的窗口。根泽尔曾因发现银河系中心黑洞，与美国天文学家安德烈娅·盖兹共同获得2020年诺贝尔物理学奖。
那么，这颗恒星究竟有多特别？
首先是它的速度。S301在距离人马座A*最近的时候，运行速度达到每秒约2万5千公里，相当于光速的百分之八。这一速度大约是商用客机的十万倍。更令人惊讶的是，它运行的轨道非常狭长。S301绕人马座A*一周大约需要8.7年，而在最接近黑洞的时候，它与黑洞之间的距离只有地球到太阳距离的12倍左右。对于天文学家来说，这意味着S301正在一个极其强大的引力场中高速运行。
为了观测这颗非常微弱的恒星，研究团队使用了位于智利的欧洲南方天文台的甚大望远镜干涉仪，也就是VLTI，以及配套的GRAVITY+仪器。VLTI可以把四台8米级望远镜收集到的光线合并起来，形成一台巨大的“虚拟望远镜”，从而获得极高的空间分辨率。
S301本身也非常暗。它的亮度只有猎户座著名红超巨星参宿四的20亿分之一。研究人员在2023年春季首次观测到它，随后持续跟踪其运动，并逐渐确定它的运行轨道。
科学家还提出了一种关于S301身世的推测。
按照目前的认识，恒星不太可能在距离人马座A*如此近的地方形成。因此，S301很可能原本属于一个双星系统。这个双星系统在经过银河系中心附近时，受到人马座A*强大潮汐力的作用，最终被撕裂。其中一颗恒星被黑洞的引力捕获，成为今天观测到的S301；另一颗则可能被以极高速度抛射出去，甚至已经逃离银河系。
不过，S301最令科学家期待的价值，并不仅仅在于它跑得快。天文学家认为，人马座A*黑洞应该也在自转。而根据爱因斯坦的广义相对论，一个旋转的黑洞会拖拽周围的时空，并对附近天体的轨道产生影响。这种非常微弱的轨道变化，理论上可以成为测量黑洞自旋的“指纹”。
研究人员计划继续追踪S301。预计到2031年，这颗恒星将再次运行到距离人马座A*最近的位置。通过至少观测它两次完整的轨道，科学家有望更加精确地确定它的运动轨迹，并从轨道变化中寻找黑洞自旋留下的痕迹。
巴黎-PSL天文台LIRA实验室天文学家、论文合著者Juan Osorno表示，如果没有像S301这样特殊的恒星，科学家可能还需要几十年的时间，通过观察其他恒星的运动，才能逐渐接近测量人马座A*自旋的目标。
换句话说，S301不仅是目前银河系中速度最快的恒星之一，它还可能成为天文学家研究黑洞自旋、探索强引力环境下时空性质的一把重要钥匙。而未来数年，特别是2031年前后的观测结果，或许将告诉人们：银河系中心这个神秘黑洞，究竟转得有多快。
