S301 的極端黑洞軌道：最快、最近，卻未必足以檢驗「無毛定理」

相較之下，著名的 S2 恆星在最近接近 Sagittarius A* 時，距離約 120 AU。換言之，S301 的最近距離約只有 S2 的十分之一。 這種更深入黑洞重力場的軌道，也讓相對論效應更集中、更有機會被精密儀器捕捉。

如何在銀河中心的「星海」中找到它？

銀河系中心是一個觀測難度極高的區域：背景明亮、恆星密集，而 S301 本身又非常暗。研究團隊使用設於智利、歐洲南天天文台（ESO）超大型望遠鏡干涉儀（VLTI）上的 GRAVITY 近紅外干涉儀，才得以辨認這個微弱訊號。

天文學家先分析 2023 至 2025 年的 GRAVITY 測量，追蹤 S301 在天空中的精確位置，並據此建立初步軌道模型。接著，他們利用模型向過去回推，在 2021 年及 2017 年的存檔觀測中重新找到這顆恆星。這次「先預測、再回溯找回」的結果，為 S301 確實沿著所推定軌道運行提供了重要確認。

目前，光譜觀測尚未取得 S301 直接的徑向速度，因此現階段的軌道解主要依賴高精度天體測量，也就是觀察它在天空平面上的位置變化。未來，極大型望遠鏡的光譜資料可望補足視線方向的速度，讓研究人員更完整地重建它的三維軌道。

為什麼 S301 能「感受」黑洞自旋？

根據廣義相對論，旋轉中的黑洞不只具有質量，也會拖曳周圍的時空。這種現象稱為 Lense–Thirring 框架拖曳：黑洞的角動量會使鄰近物體的軌道平面及其節點方向產生細微進動。

S301 的近日點非常接近 Sagittarius A*，因此這種由自旋造成的節點進動，理論上可能透過現有的高精度紅外干涉測量，以及未來的光譜觀測被辨識。若能測得這項效應，天文學家便可限制 Sagittarius A* 自旋的大小與方向。

這將把銀河中心的相對論測試推進一步。過去，S2 的觀測已測得主要由黑洞質量造成的 Schwarzschild（史瓦西）進動；S301 則可能讓研究人員直接探測旋轉黑洞所對應的 Kerr（克爾）時空描述。

2031 年的關鍵觀測窗口

S301 預計在 2031 年左右迎來下一次近日點通過。屆時若能進行密集的天體測量與光譜監測，研究人員將更容易分辨它在強重力區域受到的相對論性軌道改變，並有機會透過 Lense–Thirring 進動直接估算 Sagittarius A* 的自旋。

但「測量自旋」與「檢驗無毛定理」是不同難度的問題。

黑洞無毛定理的核心主張是：在廣義相對論框架下，穩定的天體物理黑洞可由質量與自旋等少數參數唯一描述；其四極矩等更高階特徵，應由這些參數固定，而不是任意獨立存在。

問題在於，S301 的自旋—四極矩效應預計只有 Lense–Thirring 效應的約 4%，對這條軌道而言被認為相當微弱、近乎可忽略。 因此，現有證據不足以支持「S301 在 2031 年單獨就能檢驗無毛定理」這種說法。

要獨立測量黑洞四極矩，可能需要距離更近的恆星、多條適合的恆星軌道，或其他觀測方法共同提供資料。換句話說，2031 年或許會是測量 Sagittarius A* 自旋的重要一步，但要判斷黑洞是否完全符合無毛定理，仍需要更長期、更多元的觀測證據。