加州大学洛杉矶分校物理学和天文学教授Andrea Ghez表示，在爱因斯坦发表其广义相对论的标志性理论100多年后，它开始在边缘开始磨损。现在，在对银河系中心巨大黑洞附近的广义相对论进行最全面的测试时，Ghez和她的研究小组在7月25日的“ 科学 ”杂志上报道，爱因斯坦的广义相对论理论得以保持。
“爱因斯坦是对的，至少现在是这样，”该研究的联合主要作者盖茨说。“我们绝对可以排除牛顿的引力定律。我们的观察结果与爱因斯坦的广义相对论一致。但是，他的理论肯定表现出脆弱性。它不能完全解释黑洞内的引力，在某些时候我们需要移动超越爱因斯坦的理论，再到更全面的引力理论，解释了什么是黑洞。“
爱因斯坦1915年的广义相对论理论认为，我们所认为的引力是由空间和时间的曲率产生的。科学家提出太阳和地球等物体会改变这种几何形状。爱因斯坦的理论是关于引力如何工作的最佳描述，Ghez说，他的加州大学洛杉矶分校领导的天文学家团队直接测量了超大质量黑洞附近的现象 - 研究Ghez称之为“极端天体物理学”。
Ghez说，物理定律，包括引力，应该在宇宙的任何地方都是有效的。她补充说，她的研究小组是世界上仅有的两个观察S0-2星在三维上完整轨道的小组之一在银河系中心的超大质量黑洞周围。完整的轨道需要16年，黑洞的质量大约是太阳的四百万倍。
研究人员表示，他们的工作是对超大质量黑洞和爱因斯坦广义相对论进行过的最详细的研究。
研究中的关键数据是Ghez团队今年4月，5月和9月分析的光谱，因为她的“最喜欢的明星”最接近巨大的黑洞。Ghez描述的Spectra是来自恒星的“光之彩虹”，它展示了光的强度，并提供了有关光传播的恒星的重要信息。Spectra还展示了恒星的构成。这些数据与Ghez和她的团队在过去24年中所做的测量相结合。
在夏威夷的WM凯克天文台使用由同事詹姆斯拉金领导的团队在加州大学洛杉矶分校建立的光谱仪收集光谱，提供第三维，以先前未达到的精度水平显示恒星的运动。(研究人员在凯克天文台拍摄的这颗恒星的图像提供了另外两个维度。)Larkin的仪器从恒星照射光并使其散射，类似于雨滴散射光线以产生彩虹的方式，Ghez说。
“S0-2的特别之处在于我们有三维完整的轨道，”Ghez说道，他拥有天体物理学的Lauren B. Leichtman和Arthur E. Levine主席。“这就是给我们进入广义相对论测试的入场券的原因。我们询问引力如何在超大质量黑洞附近表现，以及爱因斯坦的理论是否告诉我们完整的故事。看到恒星通过它们的完整轨道提供了第一次测试基础的机会使用这些恒星运动的物理学。“
Ghez的研究团队能够看到超大质量黑洞附近的空间和时间的混合。“在牛顿的引力版本中，空间和时间是分开的，不会混合在一起;在爱因斯坦之下，它们完全混合在一个黑洞附近，”她说。
美国国家科学基金会天文科学部门主任理查德格林说：“对这种基本重要性进行测量，需要多年的患者观察，并采用最先进的技术。” 二十多年来，该部门一直支持Ghez，以及对研究团队发现至关重要的几个技术要素。“通过他们的严谨努力，Ghez和她的合作者对爱因斯坦关于强引力的想法进行了高度重要的验证。”
凯克天文台总监希尔顿刘易斯称Ghez是“我们最热情，最顽强的凯克用户之一”。“她最新的开创性研究，”他说，“是过去二十年来坚定不移地致力于揭开银河系中心超大质量黑洞神秘面纱的高潮。”
研究人员研究了从S0-2到地球的光子 - 光粒子。S0-2以最接近的方式以超过1600万英里/小时的起泡速度在黑洞周围移动。爱因斯坦报告说，在靠近黑洞的地区，光子必须做额外的工作。它们离开恒星时的波长不仅取决于恒星移动的速度，还取决于光子耗尽多少能量来逃离黑洞强大的引力场。在黑洞附近，重力比地球强得多。
Ghez有机会在去年夏天提供部分数据，但选择不让她的团队首先彻底分析数据。“我们正在学习引力是如何工作的。它是四种基本力量之一，也是我们测试过的力量之一，”她说。“在很多地方我们都没有问过，重力如何在这里工作?很容易过于自信，有很多方法可以误解数据，很多方法可以将小错误累积到重大错误中，这就是为什么我们这样做了不要急于分析。“
Ghez，2008年麦克阿瑟“天才”奖学金获得者，研究超过3000颗围绕超大质量黑洞运行的恒星。她说，在一个天文学家不希望看到它们的地区，有数百人年轻。
从S0-2到地球的光子需要26，000年。加州大学洛杉矶分校银河中心小组负责人盖茨说：“我们非常兴奋，多年来一直在准备进行这些测量。” “对我们来说，它是内心的，它现在 - 但实际上发生在26000年前!”
这是广义相对论的第一次测试，Ghez的研究小组将对超大质量黑洞附近的恒星进行研究。在她最感兴趣的恒星中，有最短轨道的S0-102，需要11年半才能完成黑洞周围的完整轨道。大多数恒星Ghez研究的轨道比人类寿命长得多。
Ghez的团队在2018年的关键时期每四个晚上使用Keck天文台进行测量，该天文台位于夏威夷休眠的Mauna Kea火山顶上，拥有世界上最大和最先进的光学和红外望远镜之一。还在夏威夷双子座天文台和斯巴鲁望远镜的光学红外望远镜上进行了测量。她和她的团队在夏威夷现场使用这些望远镜，并在加州大学洛杉矶分校物理和天文学系的观察室远程使用这些望远镜。
黑洞具有如此高的密度，以至于没有任何东西可以逃脱它们的引力，甚至是光线。(它们不能直接看到，但它们对附近恒星的影响是可见的，并提供了一个标志。一旦某个东西越过黑洞的“事件视界”，它就无法逃脱。但是，星星S0-2仍然是距离事件视界相当远，即使是最接近的事物，因此它的光子也不会被拉入。)