天文学家发现了一颗围绕银河系中心超大质量黑洞运行的恒星，它距离黑洞如此之近，以至于那里强烈的引力场将其加速至每秒2.5万公里——超过了光速的8%，使得该恒星成为目前已知的银河系中速度最快的恒星。8月19日，相关研究成果发表于《自然》。

数十颗恒星正以极高的速度绕着银河系中的巨型黑洞飞驰。图片来源：ESO/L. CAL?ADA

此前对其他紧密围绕银河系中心运行的恒星的观测，使研究人员得以确认黑洞的存在并测定其质量。而这颗新发现的恒星应该能揭示黑洞的另一项关键特性——自旋。

“关于黑洞我们只有两个关心的参数——质量和自旋。”欧洲核子研究中心（CERN）的天体物理学家Andrea Caputo说，“我们已经知道了它的质量，接下来我们还将知道它的自旋。这非常了不起，不是吗？”

德国马克斯·普朗克地外物理研究所（MPE）领衔的研究团队在论文中描述了他们发现的一颗被命名为S301的恒星。除了距离银河系超大质量黑洞（质量是太阳的430万倍）极其接近，这颗恒星本身并无特别之处。如果这个黑洞位于太阳系中心，其事件视界——即连光都无法逃脱的边界，将达到太阳直径的17倍。S301的轨道非常长，但每隔8.7年它就会掠近黑洞。 

此前的纪录保持者是S2，其轨道与银河系中心的距离约远10倍。自20世纪90年代以来，MPE的天文学家一直在布满恒星且被尘埃遮蔽的银河系中心追踪S2。MPE团队与美国加州大学洛杉矶分校的另一个团队共同证明，只有超大质量黑洞才能解释S2的轨道特征，这项研究成果使他们共同获得了2020年诺贝尔物理学奖。MPE团队随后证明，当S2从黑洞深邃的引力势阱中爬出时，其光谱会向红端偏移——这是阿尔伯特·爱因斯坦的引力理论（广义相对论）的一个关键预言。该团队还发现，S2的轨道会缓慢旋转，这一现象被称为史瓦西进动，这也是广义相对论的另一个预言。

为发现S301，MPE团队借助了位于智利山顶的欧洲南方天文台的甚大望远镜（VLT）——由4台8.2米口径望远镜组成。他们利用一种名为GRAVITY的仪器，将4台望远镜收集到的光线合并，从而获得了相当于口径200米望远镜的分辨能力，足以追踪2.7万光年外的恒星轨道。

2023年初，研究团队利用GRAVITY进行月度观测时首次发现了S301。尽管S301的亮度为S2的1/100，但后续观测显示它正迅速远离黑洞。到2024年，其运行轨迹开始弯曲，并在接近轨道最远点时减速。“到2024年底，我们已经对其轨道有了大致的估算。” 论文作者、MPE的Stefan Gillessen表示，“到2025年底，我们已经相当确定了。”研究团队还查阅了历史观测数据，在2021年和2017年寻找到S301的踪迹。“随着其8.7年轨道的大部分被绘制出来，史瓦西进动也被完美地展示。” Gillessen说。

不过，该团队还有另一个研究目标。史瓦西进动仅取决于黑洞的质量，且假设黑洞不自旋，然而天文学家认为所有黑洞都会自旋。关于这种自旋的间接证据来自黑洞并合产生的引力波，以及某些超大质量黑洞喷射出的旋涡状喷流。

广义相对论预测，一个自旋的黑洞会带动周围的时空随之运动，这会使附近恒星的轨道产生微小的额外扭曲，即所谓的伦斯-蒂林进动。如果研究团队测得的S301进动量超过了预测的史瓦西进动量，那么超额部分将揭示黑洞的自旋。但这是一种微妙的效应。研究团队预计，史瓦西进动会使S301的轨道每绕行一圈偏移约1.9°，而伦斯-蒂林进动造成的偏移可能不到0.11°。Gillessen表示，大约需要十年的观测才能精确测定这些数值。

S301或许还能为另一个银河系中心之谜提供线索：它本身、S2以及所有其他靠近黑洞的S型恒星是如何到达那里的。论文作者、MPE的天文学家Felix Mang表示：“迄今为止这仍是一个谜，因为在如此大质量的黑洞周围形成恒星是不可能的。” 一种被称为“希尔斯机制”的假说提出，如果一对双星过于接近黑洞，黑洞的引力会将它们撕裂，使其中一颗被困在紧密的轨道上，并将另一颗以足够快的速度甩出，使其逃离星系。尽管该机制早在1988年就被提出，但迄今尚未发现与之相符的双星系统。然而，2019年，天文学家观测到一颗超高速恒星S5-HVS1正以每秒1755公里的速度远离银河系中心。

上个月，当Caputo 和同事第一次看到S301的细节时，他们立即寻找其与S5-HVS1的联系。7月24日，他们公布了一篇预印本论文，指出S301的轨道能量和S5-HVS1的动能相当，这与它们曾是一对被黑洞撕裂的双星系统的预期结果一致。

目前这一推论仍仅基于间接证据。最有力的检验将来自光谱学，即对每颗恒星的光进行分解分析，这或许能揭示这些恒星是否具有相同的化学成分。要对像S301这样暗淡的恒星进行光谱分析，可能需要VLT的继任者——极大望远镜（ELT）的观测能力，该望远镜预计将在几年后投入运行。

“很可能的情况是，这些S型恒星都处于双星系统中。”Caputo说，“因此，对这一现象的测量实际上将使我们对S型恒星群体有更深入的了解。”

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-026-10894-w