哈勃发现欧米茄半人马座中心稀有黑洞的证据

哈勃空间望远镜发现欧米茄半人马座星团中罕见的黑洞证据

国际天文学家团队利用了跨越两个世纪的NASA/ESA哈勃空间望远镜超过500张图像，探测到了欧米茄半人马座星团内部七颗快速移动的恒星。这些恒星为中等质量黑洞的存在提供了令人信服的新证据。

中等质量黑洞(IMBHs)是黑洞演化中一直被寻找的“缺失环节”。到目前为止，只发现了少数其他IMBH候选者。大多数已知的黑洞要么非常庞大，就像位于大型星系核心的超大质量黑洞，要么相对轻巧，质量小于太阳质量的100倍。

黑洞是人类所知最极端的环境之一，因此它们是物理定律和我们对宇宙运行方式的理解的试验场。如果IMBH存在，那么它们有多常见？超大质量黑洞是如何从IMBH增长而来的？IMBH自身是如何形成的？密集的恒星团是否是它们首选的栖息地？

欧米茄半人马座星团可以用肉眼在地球上看到，是南半球星空观察者最喜欢的天体之一。尽管星团距离地球约1.7万光年，位于银河系的平面上方，但在暗淡的乡村地区几乎与满月一样大小。

如今对欧米茄半人马座星团的确切分类已经随着我们研究它的能力的提高而不断演变。它最初在近2000年前被列入托勒密的目录中，被视为单颗星。埃德蒙·哈雷在1677年将其报告为一个星云，1830年代英国天文学家约翰·赫歇尔首次认识到它是一个球状星团。

球状星团通常由重力紧密束缚的多达一百万颗老年恒星组成，并且在许多星系的外围和中心地区都可以找到，包括我们自己的银河系。欧米茄半人马座星团具有一些与其他球状星团不同的特点：它的旋转速度比普通的球状星团快，而且其形状高度扁平。此外，欧米茄半人马座星团的质量约为其他大型球状星团的10倍，几乎与一个小星系一样质量。

欧米茄半人马座星团由大约1000万颗受重力约束的恒星组成。一个国际团队现在已经创建了一个庞大的星速目录，通过研究该星团的500多张哈勃图片，测量了140万颗恒星的速度。

大多数这些观测原本意在校准哈勃的仪器，而不是用于科学研究，但事实证明它们成为了该团队研究的理想数据库。这一庞大的目录将成为迄今为止任何星团速度最大的目录，并将公开发布。它即将刊登在《天体物理学杂志》上，目前文章已经在arXiv预印服务器上可获得。

“我们发现了七颗不应该存在的恒星，”德国马克斯·普朗克天体物理学研究所的Maximilian Häberle解释说。“它们移动得如此之快，以至于它们应该逃离星团并永远不会回来。

“最可能的解释是一个非常庞大的物体对这些恒星施加了引力，并使它们保持靠近中心。唯一可能如此庞大的物体就是一个黑洞，其质量至少是太阳质量的8200倍。”

一些研究表明欧米茄半人马座星团中存在IMBH。然而，其他研究则提出，该质量可能是由一群恒星质量的黑洞所贡献，并指出缺乏超过必要逃逸速度的快速移动的恒星使IMBH相对不太可能。

“这一发现到目前为止是关于欧米茄半人马座星团中IMBH最直接的证据，”该团队的负责人Nadine Neumayer补充道，“这是令人兴奋的，因为目前已知的质量相似的黑洞非常少。欧米茄半人马座星团中的黑洞可能是我们宇宙邻域中IMBH的最佳例子。”

如果确认属实，该候选黑洞距离地球1.7万光年，比位于银河系中心的430万太阳质量黑洞（距离为2.6万光年）更近。除了银河系中心，这也将是已知的唯一一例多颗恒星紧密绑定在一个庞大黑洞周围的情况。

科学家团队现在希望对这颗黑洞进行表征。虽然它被认为至少有8200太阳质量，但其精确质量和位置尚不完全清楚。该团队还打算研究这些快速移动恒星的轨道，这需要对各自的径向速度进行额外的测量。

该团队已获NASA/ESA/CSA詹姆士·韦伯空间望远镜的观测时间，以及使用其他观测台的待定提案。

欧米茄半人马座星团还是欧洲航天局盖亚任务新数据发布的一个特色，其中包含50多万颗恒星。

“即使在30年后，哈勃空间望远镜及其成像仪器仍然是在拥挤的恒星场景中进行高精度天文测量的最佳工具之一，哈勃还可以从欧洲航天局盖亚任务的观测中提供额外的敏感度。”团队成员、意大利国家天文物理研究所（INAF）的Mattia Libralato分享道。“我们的结果展示了哈勃的高分辨率和灵敏度，为我们提供了激动人心的新科学见解，并将推动球状星团中IMBH的研究。”