自适应光学和干涉测量仪器有助于确认银河系中心超大质量黑洞周围的时空效应

爱因斯坦对广义相对论所预测的其中一种效应首次在一个超大质量黑洞的周围被观测到，这在很大程度上要归功于前沿的光学和光子技术。借助位于智利的欧洲南方天文台（ESO）超大望远镜（VLT）设备，天文学家们利用自适应光学和干涉技术跟踪一颗靠近我们银河系中心轨道运行的恒星（称为“S2”），这次最新的观测结果是26年来持续不断地使用越来越先进技术的观测高峰。

得益于所采集图像的高清晰度和能够监测细微波长变化的精密仪器，该团队最终能够确认超大质量黑洞对来自这颗轨道恒星的光的引力效应。该团队使用了SINFONI来测量S2朝向和远离地球的速度，同时使用GRAVITY来精确测量S2的变化位置，以确定其轨道的形状。

Odele Straub是一名巴黎天文台的跨国团队成员，他在ESO的一次新闻发布会上宣布了天文学家们的发现：了解重力是了解宇宙的关键，而银河系的星系中心实际上提供了一个有效的实验室，可以用来验证爱因斯坦的预言。

她解释说：“当恒星靠近超大质量黑洞时，发出的光必须‘对抗’恒星和黑洞的引力，因为星光的速度不能改变，所以它的波长被迫拉伸并经历红移。” 因为它离银河系中心如此之近——可以每16年绕着超大质量黑洞旋转一次——我们正在研究的这颗恒星本身正在以巨大的速度移动，最高可达光速的3％左右。然而，仅仅是观察S2的精确位置和时空引起的红移就需要展望前沿光子学技术的发展了。

图1 欧洲南方天文台（ESO），图源网络

Françoise Delplancke是领导ESO VLT干涉仪团队的负责人，他在解释这项技术的工作原理时，将所需的准确度和精确度比作天文学家试图从地球上观看一场在月球上举行的足球比赛，并且能够测量球在移动了6厘米以内的位置。

关键仪器设备

GRAVITY是提供了这种测量水平下准确度和精度的仪器，它工作时结合了四架直径为8米的望远镜在VLT站点收集的红外线。这些光会沿着四个单模光纤传输，并重新组合以提供超精确的位置数据。另一个关键设备是SINFONI光谱仪，它与自适应光学系统结合使用，用来测量显示轨道恒星光线的轻微重力红移。

来自马克斯—普朗克天体物理研究所（MPE）的团队负责人Reinhard Genzel说：“这是我们第二次观测到S2在我们银河系中心黑洞周围的近距离通道，但是这次由于仪器的大大改进，我们能够以前所未有的分辨率观测到恒星。我们已经为这次观测做了几年的准备，因为我们想充分利用这一独特的机会来观测广义相对论的效应。”

Genzel的同事Frank Eisenhauer是负责GRAVITY和SINFONI仪器观测的首席研究员，他补充说：“在近距离通道中，我们甚至可以在大多数图像上检测到黑洞周围的微弱光晕，这能让我们可以精确地跟踪到它轨道上的恒星，并且最终使我们的设备检测到S2光谱中的重力红移。”

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