球状星团中间质量黑洞形成的潜在机制模拟演示

日本东京大学的藤井道子等人领导的联合研究展示了球状星团中间质量黑洞形成的可能机制。这些星团包含着成千上万甚至数百万颗密集排列的恒星。

首次进行的逐星模拟显示，足够密集的分子云——也就是“恒星形成的摇篮”——可以诞生出演化为中间质量黑洞的超大质量恒星。相关发现已在《科学》杂志上发表。

藤井解释称：“以往的观测表明，一些庞大的星团（球状星团）中存在中间质量黑洞(IMBH)。IMBH是质量在100-10000个太阳质量之间的黑洞。迄今为止，还没有强有力的理论证据显示存在质量在1000-10000个太阳质量之间的IMBH，相比于质量较小（恒星质量）和质量较大（超大质量）的黑洞。”

恒星形成摇篮也许会引起温暖和宁静的想象。但对于恒星而言，球状星团的形成却是一场动荡。密度差异首先导致恒星相互碰撞和合并。随着恒星持续合并和生长，引力也随之增加。

球状星团中心区域内不断发生的恒星碰撞被称为失控碰撞，这可能导致超过1000太阳质量的非常大质量恒星的诞生。这些恒星有望演化为IMBH。然而，以前对已形成星团的模拟显示，恒星风吹散了它们的大部分质量，使它们变得太小。为了调查IMBH是否能够“存活”，研究人员需要模拟一个星团在形成时的情况。

藤井说：“恒星簇形成的模拟具有挑战性，因为模拟成本很高。”

“我们首次成功地进行了球状星团形成的数值模拟，对每颗恒星建模。通过给每颗恒星分配真实的质量，我们能够重建密集环境中恒星的碰撞。对于这些模拟，我们开发了一种新型的模拟代码，可以高精度地整合数百万颗恒星。”

在模拟中，失控碰撞的确导致了演化为中间质量黑洞的极大质量恒星的形成。研究人员还发现，星团和IMBH之间的质量比符合最初激发该项目的观测结果。

藤井表示：“我们的最终目标是通过解析个别恒星来模拟整个星系。”

“目前可用的超级计算机仍然难以通过解析个别恒星来模拟像银河大小的星系。但解析个别恒星来模拟较小的星系，如矮星系，是可能的。我们还希望瞄准第一个星团，即宇宙早期形成的星团。第一个星团也是IMBH可能诞生的地方。”