银河系中心存在一颗超大质量黑洞，天文学家称之为Sgr A*。它早在20世纪70年代就被发现，但很长一段时间里，这个天体只是天空地图上的一个点：质量、大小都无法直接测量。我们对Sgr A*的所有了解都是间接获得的——通过观测围绕它运行的恒星的运动。根据这些数据，这颗黑洞的质量接近10^37千克，即使以星系尺度来衡量，它也是真正的巨兽。直到最近几年，科学家才成功获得它的直接图像，如今研究人员得以比以前更详细地研究这个天体。
恒星S301：轨道纪录保持者
为了观测Sgr A*周围的区域，科学家使用了安装在欧洲南方天文台甚大望远镜上的GRAVITY仪器。该设备将四面镜子的光线整合为一个系统，分辨率堪比一台直径130米的假想望远镜。正是GRAVITY让天文学家团队得以从2017年开始追踪黑洞事件视界附近恒星的运动。2023年，观测带来了一个出人意料的结果：发现了一颗名为S301的恒星，它的行为与其他恒星截然不同。
S301的轨道极其狭长。公转周期仅为8.7年——比该区域任何已知恒星都快了三年以上。轨道偏心率，即轨道偏离圆形的程度，为0.9832。作为对比，就连被认为是太阳系行星中轨道最扁长的冥王星，这一数值也只有0.25。实际上，S301的轨道如此接近抛物线，以至于这颗恒星正处于脱离黑洞引力束缚的边缘。
在最近点（天文学家称之为近心点），S301加速到约每秒25,000公里——超过光速的百分之八。此时它到黑洞的距离缩短到约11个天文单位，仅比太阳到土星的距离稍大。据研究人员称，S301经过Sgr A*时的距离比任何其他已知天体都要近十倍。这颗恒星比太阳大约一半，如果它质量更大，黑洞的引力很可能会将其撕碎。S301能够保持完整，说明我们正在见证一个罕见的案例——大自然仿佛特意调校了参数，让这颗恒星得以幸存。
S301的起源可能同样不同寻常。天文学家认为，这颗恒星曾经属于一个双星系统，该系统过于靠近Sgr A*。黑洞强大的引力场可能拆散了这对组合，将S301的伴星抛飞，而S301本身则被送入一条新的、紧凑得多的轨道。这一解释与观测到的动力学特征相符，也有助于理解银河系中心如何形成如此极端的轨道。
S301的轨道将揭示Sgr A*的自转
如此紧凑的轨道本身就是一项科学轰动，但S301的主要价值在于，它让我们得以测量此前无法触及的量：黑洞的自旋。根据广义相对论，旋转的大质量天体会拖曳周围的时空本身。对黑洞而言，这表现为任何足够靠近的天体的轨道会逐渐旋转——即所谓的进动。这一效应的强度直接取决于黑洞自转的快慢。
问题在于，进动随距离急剧衰减：它与轨道半径的立方成反比。对于Sgr A*周围已知的大多数恒星来说，这意味着明显的近心点偏移需要数千年不间断的观测才能累积起来。S301距离如此之近，进动效应应当在十年内就变得可测量。据研究人员估计，即使是现有仪器也能以足够的精度追踪这颗恒星的轨道，从而估算Sgr A*的自旋。
如果观测证实了理论的预测，这将成为理解Sgr A*乃至整个黑洞物理学的重要一步。望远镜分辨率的进一步提升或更长时间数据的积累，将使科学家走得更远——检验这颗黑洞是否是一个完美的球形天体，还是其引力场除了质量和自旋之外还具有额外的特征。这些检验将为研究宇宙中最极端的天体开辟新的精度层次，或许还能让我们更接近一个问题的答案：时空在极限条件下究竟是如何运作的。
目前，S301仍然是一个独特的天体——已知唯一一颗无需额外技术手段就能告诉我们Sgr A*自转信息的恒星。我们只需耐心地持续观测它，大约十年后，或许就能获得我们星系中心这颗黑洞最精确的画像之一。
