使用美國宇航局哈勃太空望遠鏡的天文學家們已經找到了他們所說的最好的證據，證明了一種罕見的”中等大小”黑洞的存在，它可能潛伏在離地球最近的球狀星團的中心，位於6000光年之外。

就像空間結構中強烈的引力坑洞一樣，幾乎所有的黑洞似乎都有兩種尺寸：小的和巨大的。據估計，我們的銀河系中充斥著1億個由爆炸的恆星產生的小黑洞（質量是我們太陽的幾倍）。宇宙中充斥著超大質量的黑洞，其重量是我們太陽質量的幾百萬或幾十億倍，通常在星系的中心可以被發現。

一個長期尋找的缺失環節是中等質量的黑洞，其重量在100至100000個太陽質量之間。它們是如何形成的，它們會在哪里活動，以及為什麼它們似乎如此罕見？

天文學家已經通過各種觀測技術確定了其他可能的中等質量黑洞。其中兩個最好的候選者–3XMM J215022.4-055108（哈勃在2020年幫助發現的）和HLX-1（2009年發現的），位於其他星系外圍的密集星團中。這些可能的黑洞中的每一個都有數万個太陽的質量，並且可能曾經位於矮星系的中心。美國宇航局的錢德拉X射線觀測站也幫助發現了許多可能的中級黑洞，包括2018年的一個大型樣本。

看看離家更近的地方，在圍繞我們銀河系的密集球狀星團中已經探測到了許多疑似中等質量的黑洞。例如，在2008年，哈勃天文學家宣佈在球狀星團Omega Centauri中懷疑存在一個中等質量的黑洞。由於一些原因，包括需要更多的數據，這些和其他中等質量黑洞的發現仍然是不確定的，並不排除其他理論的存在。

現在，哈勃的獨特能力已經被用來鎖定球狀星團Messier 4（M4）的核心，以比以前的搜索更高的精度去獵取黑洞。今天（2023年5月23日）發表在《皇家天文學會月刊》上的一篇論文的主要作者、馬里蘭州巴爾的摩太空望遠鏡科學研究所的愛德華多-維特拉爾說：”沒有哈勃，你就無法推進這種科學。”

哈勃太空望遠鏡拍攝的球狀星團，Messier 4的圖像。這個星團是一個由幾十萬顆恆星組成的密集的集合。天文學家懷疑，一個中等質量的黑洞，其重量是我們太陽質量的800倍，正潛伏在其核心部位，不為人知。資料來源：歐空局/Hubble，NASA，Eduardo Vitral（STSCI）。

Vitral的團隊檢測到了一個可能的中等質量黑洞，大約有800個太陽質量。這個被懷疑的天體是肉眼看不到的，但是它的質量是通過研究陷入其引力場的恆星的運動來計算的，就像蜜蜂在蜂巢周圍蜂擁而至。測量它們的運動需要時間，也需要大量的精度。這就是哈勃完成而現今其他望遠鏡不能做到的原因，天文學家們可以查看哈勃長達12年的M4觀測數據。

他的團隊估計，M4中的黑洞可能是我們太陽質量的800倍之多。哈勃的數據傾向於排除這個物體的其他理論，例如一個由中子星等未確認的恆星殘餘物組成的緊湊的中央星團，或者較小的黑洞相互旋轉。

“我們有很好的信心，我們有一個非常小的區域，有很多集中的質量。它比我們之前在其他球狀星團中發現的最密集的暗質量要小三倍左右，”維特拉爾說。”當我們考慮到黑洞、中子星和白矮星的集合被隔離在球狀星團的中心時，這個區域比我們用數值模擬所能再現的更加緊湊。它們不能夠形成如此緊湊的質量集中。”

一組緊密結合的天體將在動力學上是不穩定的。如果這個天體不是一個單一的中等質量的黑洞，那麼估計需要40個較小的黑洞擠在一個只有十分之一光年寬的空間裡，才能產生觀察到的恆星運動。其後果是，它們將在星際彈球遊戲中合併和/或被彈出。

“我們測量恆星的運動和它們的位置，我們應用物理模型，試圖再現這些運動。我們最終測量出星團中心的暗質量延伸，”維特拉爾說。”離中心質量越近，恆星的運動就越隨機。而且，中心質量越大，這些恆星的速度就越快。”

由於球狀星團中的中等質量黑洞一直難以捉摸，維特拉爾說：”雖然我們不能完全肯定它是一個引力中心點，但我們可以證明它非常小。它太小了，除了它是一個單一的黑洞之外，我們無法解釋。另外，可能有一個我們根本不知道的恆星機制，至少在目前的物理學範圍內”。