透過仔細研究哈勃太空望遠鏡檔案中二十年的照片，天體物理學家發現了可能是一個附近黑洞的證據，該黑洞的質量至少是太陽的 8,200 倍。
如果進一步的研究能夠證實這些發現，那麼這個天體將成為我們星系中發現的第二大黑洞，這些發現已於今日在《自然》雜誌上發表。它也可能是迄今為止中間質量黑洞的最有力候選者——一種介於被認為位於大多數星系中心的“超大質量”黑洞和質量與單顆大型恆星相當的小得多的黑洞之間的神秘無人區中的天體。
快速移動的恆星
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德國海德堡馬克斯·普朗克天文研究所的天體物理學家馬克西米利安·海伯勒和他的合作者檢查了人馬座ω星團的 500 多張影像，這是一個由 1000 萬顆恆星組成的密集星團，距離太陽系約 18,000 光年（5.43 千秒差距）。這些影像主要是在過去幾年中為了幫助校準哈勃儀器的而拍攝的。
該團隊將這些影像拼接在一起，重建了星團中超過 150,000 顆恆星的運動。海伯勒說，大多數恆星的運動都如理論模型預測的那樣。“但是，有些恆星移動得更快。” 有七顆恆星，都靠近人馬座ω星團的中心，移動速度太快，以至於僅靠星團的引力無法束縛住它們。
這表明這些恆星是被一個巨大天體的引力加速的，例如黑洞。從恆星的速度來看，該天體的質量至少需要是太陽質量的 8,200 倍，但也可能重達 50,000 個太陽質量。“我們之前不知道是否會找到它，”海伯勒說。“這有點冒險，我們可能一無所獲。”
來自 NASA 哈勃太空望遠鏡的三張影像逐步放大展示了球狀星團人馬座ω星團中色彩繽紛的恆星。第一張影像顯示了人馬座ω星團的大部分，而第二張影像揭示了星團中心的細節。第三張影像顯示了星團候選黑洞的位置。
ESA/哈勃、NASA、馬克西米利安·海伯勒 (MPIA)
英國劍橋大學的天體物理學家格里·吉爾摩說，“這是一項艱鉅的實驗”，而黑洞存在的證據“遠非結論性的”。特別是，資料尚未顯示軌跡彎曲的證據，而這正是預期恆星圍繞大質量天體執行的跡象。在人馬座 A* 的案例中，這是位於銀河系中心質量為 430 萬太陽質量的黑洞，多年的觀測發現了此類彎曲軌道的無可辯駁的證據——為此，兩位主要研究人員獲得了 2020 年的諾貝爾獎。蓋亞太空望遠鏡也透過單顆伴星的運動，發現了一些休眠的恆星大小的黑洞。
過去半個世紀發現的大多數黑洞都是透過探測超熱氣體螺旋落入黑洞時產生的輻射（如 X 射線或無線電波）而發現的。人馬座 A* 存在的最初跡象確實是一個無線電波源——儘管不是很亮。但在人馬座ω星團中沒有發現此類輻射。
神秘的中量級
人馬座ω星團中候選天體的質量將使其恰好處於中等質量黑洞的範圍內，通常認為該範圍介於約 100 到 100,000 個太陽質量之間。到目前為止，關於此範圍內黑洞的唯一確鑿證據來自探測到兩個合併黑洞產生的引力波。2019 年觀測到的一個此類事件被認為產生了一個質量約為 150 個太陽質量的天體。
尋找中等大小黑洞的歷史中，長期存在著後來被證偽的主張。天體物理學家長期以來一直懷疑，一些“超亮”X 射線源可能是這個尺寸範圍內的黑洞。但現在大多數這些候選者已被證明是中子星，它們透過過熱來自伴星的物質而異常明亮。“這些最有可能與‘正常’的年輕雙星系統有關，”哈佛-史密森天體物理學中心（位於馬薩諸塞州劍橋市）的天體物理學家朱塞皮娜·法比亞諾說。
仍然存在很大的問題——包括一些黑洞是如何變成超大質量的，以及它們是否是多次合併的結果，從恆星質量黑洞開始，並經歷人馬座ω星團候選者那樣的中間質量。
海伯勒說，該團隊現在正計劃使用詹姆斯·韋伯太空望遠鏡進行後續光譜觀測。儘管哈勃資料僅顯示了恆星在視場中的移動方式，但恆星的光譜將揭示它們沿視線方向的移動方式，使天文學家能夠完全重建它們在 3D 中的速度。
本文經許可轉載，並於 2024 年 7 月 10 日首次發表。