天文學家分析了哈伯太空望遠鏡二十年來拍攝的500幅影像，在最大的球狀星團半人馬座歐米茄星中發現了七顆快速移動的恆星，為中質量黑洞（IMBH）提供了新的證據。這個黑洞可能是距離地球最近的中質量黑洞，它挑戰了我們對這類天體的理解，並為密集星團中的中質量黑洞提供了一個新家。

資料來源：歐空局/哈伯、美國國家航空暨太空總署、馬克西米利安-哈伯勒（MPIA）

一個國際天文學家小組利用美國國家航空暨太空總署（NASA）/歐洲太空總署（ESA）哈伯太空望遠鏡二十年來拍攝的500 多張影像，在天空中最大、最亮的球狀星團–半人馬座歐米茄的最內側區域探測到了七顆快速移動的恆星。這些恆星為中質量黑洞的存在提供了令人信服的新證據。

中間質量黑洞（IMBHs）是黑洞演化過程中一個尋找已久的”缺失環節”。迄今為止，只發現了少數幾個候選的中間質量黑洞。大多數已知的黑洞要麼質量極大，如位於大星系核心的超大質量黑洞，要麼質量相對較輕，其質量不到太陽的100倍。黑洞是人類所知的最極端的環境之一，因此它們是物理定律和我們對宇宙如何運作的理解的試驗場。如果存在超大質量黑洞，它們有多常見？超大質量黑洞是從IMBH 成長出來的嗎？ IMBH本身是如何形成的？緻密星團是它們所青睞的家嗎？

這張圖像顯示了半人馬座歐米茄星的IMBH 的位置。如果證實，這個候選黑洞距離地球17700光年，比銀河系中心的430萬太陽質量黑洞距離地球還要近，後者距離地球26000光年。除了銀河系中心之外，這也是已知的唯一一個恆星與大質量黑洞緊密結合的情況。這張圖片包括三個板塊。左側第一幅影像顯示的是半人馬座歐米茄球狀星團，在黑色的太空背景上匯集了無數紅、白、藍三色的恆星。第二張圖片顯示了該星團中心區域的細節，並可近距離觀察單顆恆星。第三張圖片顯示了候選IMBH 在星團中的位置。圖片來源：歐空局/哈伯、美國國家航空暨太空總署、馬克西米利安-哈伯勒（MPIA）

從地球上用肉眼就能看到半人馬座歐米茄，它是南半球觀星者最愛的天體之一。雖然這個星團距離地球17700 光年，位於銀河系的正上方，但從黑暗的鄉村地區看去，它幾乎和滿月一樣大。隨著我們研究能力的提高，半人馬座歐米茄的確切分類也不斷演變。近兩千年前，它作為一顆單星首次被列入托勒密星表。 1677 年，埃德蒙-哈雷（Edmond Halley）將其報告為星雲，19 世紀30 年代，英國天文學家約翰-赫歇爾（John Herschel）第一個將其確認為球狀星團。

球狀星團通常由多達一百萬顆古老的恆星組成，它們在引力的作用下緊緊地結合在一起，在許多星系（包括我們自己的星系）的外圍和中心區域都能發現。半人馬座歐米茄星有幾個不同於其他球狀星團的特徵：它的旋轉速度比普通球狀星團快，而且形狀非常扁平。此外，半人馬座歐米茄的質量大約是其他大球狀星團的10 倍，幾乎與一個小星系的質量相當。

這張照片顯示的是半人馬座歐米茄球狀星團的中心區域，IMBH候選者就是在這裡被發現的。圖片來源：歐空局/哈伯、美國國家航空暨太空總署、馬克西米利安-哈伯勒（MPIA）

半人馬座歐米茄星由大約1000 萬顆恆星組成，這些恆星具有引力束縛。一個國際小組透過研究該星團的500 多張哈伯影像，測量了140 萬顆恆星的速度，現已創建了龐大的恆星運動目錄。這些觀測的大部分目的是為了校準哈伯儀器，而不是用於科學研究，但結果證明它們是該小組研究工作的理想資料庫。這個龐大的星表是迄今為止所有星團中最大的運動星表，將公開發布（更多資訊請點擊這裡）。

德國馬克斯普朗克天文研究所的馬克西米利安-海伯勒解釋說：”我們發現了七顆不應該存在的恆星。它們移動得如此之快，以至於它們應該逃離星團，再也不會回來。

然而，其他研究則提出，質量可能是由恆星質量黑洞組成的中心星團造成的，並認為缺乏超過必要逃脫速度的快速運動恆星使得IMBH的可能性較小。

研究小組負責人納迪娜-諾伊邁爾（Nadine Neumayer）也是馬克斯-普朗克天文研究所的成員，她與美國猶他大學的阿尼爾-塞思（Anil Seth）共同發起了這項研究。她與美國猶他大學的Anil Seth 共同發起了這項研究。她表示：”這令人興奮，因為目前已知的質量類似的黑洞寥寥無幾。半人馬座歐米茄中的黑洞可能是我們宇宙鄰域中IMBH 的最佳範例。”

如果證實，這個候選黑洞距離地球的距離為17700光年，比距離地球26000光年的銀河系中心430萬太陽質量的黑洞還要近。除了銀河系中心之外，這也將是已知的唯一一個恆星與大質量黑洞緊密結合的案例。

科學小組現在希望了解這個黑洞的特徵。雖然據信它的質量至少為8200 個太陽質量，但它的確切質量和精確位置還不完全清楚。研究團隊還打算研究快速移動的恆星的軌道，這需要對各自的視線速度進行額外的測量。研究小組已經獲得了使用詹姆斯-韋伯太空望遠鏡的時間來完成這項工作，並且還有其他使用其他天文台的建議正在等待批准。

歐米茄半人馬座也是歐空局蓋亞任務最近發布的新數據中的一個特徵，其中包含50 多萬顆恆星。 “即使在30年後的今天，哈伯太空望遠鏡及其成像儀器仍然是在擁擠的恆星區域進行高精度天體測量的最佳工具之一，在這些區域，哈伯可以通過歐空局的蓋亞任務觀測提供更高的靈敏度，”團隊成員、義大利國家天文物理研究所（INAF）的馬蒂亞-利布拉拉托（Mattia Libralato）分享道，在這項研究期間，他曾是歐洲太空總署的AURA成員。 “我們的研究結果展示了哈伯的高解析度和高靈敏度，為我們提供了令人興奮的新的科學見解，並將對球狀星團中的IMBH這一課題起到新的推動作用。”

研究結果發表在《自然》期刊。

編譯自/ ScitechDaily