天文学家发现大规模黑洞形成过程中缺失的环节

半人马座欧米茄星团是由 1000 万颗恒星组成的壮观星团，在南纬地区夜空中可见，形同虚设。通过小型望远镜，它看起来与其他所谓的球状星团没有什么不同;球状恒星群的中心密度如此之大，以至于无法区分单个恒星。但由犹他大学和马克斯普朗克天文研究所的研究人员领导的一项新研究证实了天文学家十多年来争论不休的问题：半人马座欧米茄星团的中心有一个黑洞。这个黑洞似乎是恒星黑洞和超大质量黑洞之间缺失的一环——它处于演化的中间阶段，质量比星系中心的典型黑洞要小得多。半人马座欧米茄星团似乎是一个小型独立星系的核心，该星系的演化因被银河系吞噬而被迫中断。

“这是职业生涯中难得一见的发现。连续九个月我都为此感到兴奋。每次想到它，我都难以入眠，”该研究的联合首席研究员、密歇根大学天文学副教授阿尼尔·塞思 (Anil Seth) 说道。“我认为非凡的论断需要非凡的证据。这确实是非凡的证据。”

天文学家至今尚未能清晰地探测到这个黑洞。星团中恒星的整体运动表明，其中心附近可能存在一些看不见的质量，但尚不清楚这是一个中等质量黑洞还是只是恒星黑洞的集合。也许根本没有中心黑洞。

马克斯普朗克研究所小组负责人、这项研究的首席研究员纳丁·纽迈耶 (Nadine Neumayer) 表示：“之前的研究曾引发一些关键问题，比如&luo;高速恒星在哪里?&ruo;现在我们找到了答案，并确认半人马座欧米茄星上有一个中等质量黑洞。它距离我们约 18,000 光年，是已知距离最近的大质量黑洞。”相比之下，银河系中心的超大质量黑洞距离我们约 27,000 光年。

该 论文 于 2024 年 7 月 11 日发表在《自然》杂志上。2024 年 8 月 8 日晚上 7 点，Anil Seth 将在克拉克天文馆 IMAX 影院展示这些千载难逢的发现，届时您将亲眼见证这项研究的诞生。

黑洞质量范围

在天文学中，黑洞的质量范围各不相同。恒星黑洞的质量介于一到几十个太阳质量之间，这是众所周知的，超大质量黑洞的质量为数百万甚至数十亿个太阳。我们目前对星系演化的了解表明，最早的星系应该有中等大小的中心黑洞，这些黑洞会随着时间的推移而增长，吞噬较小的星系或与较大的星系合并。

此类中等质量黑洞是出了名的难找。尽管有希望的候选者，但迄今为止，尚未发现此类中等质量黑洞。

“有些黑洞比我们的太阳重一点，就像蚂蚁或蜘蛛一样——它们很难被发现，但在整个宇宙中无处不在。然后，你会看到超大质量黑洞，它们就像星系中心的哥斯拉一样，把东西撕碎，我们可以很容易地看到它们，”该研究的共同作者、密歇根大学本科生马修·惠特克 (Matthew Whittaker) 说。“然后这些中等质量黑洞有点像大脚怪。发现它们就像找到大脚怪的第一个证据一样——人们会惊慌失措。”

档案大海捞针

当塞思和诺伊迈尔在 2019 年设计一个研究项目以更好地了解半人马座欧米茄星的形成历史时，他们意识到他们可以一劳永逸地解决该星团中心黑洞的问题。如果他们在中心周围发现快速移动的恒星，他们就会拥有确凿的证据，以及一种测量黑洞质量的方法。

这项艰巨的搜寻任务落到了马克斯·普朗克研究所博士生马克西米利安·哈伯勒的肩上。哈伯勒领导了一项工作，即创建一份庞大的半人马座欧米茄恒星运动目录，通过研究该星团的 500 多张哈勃图像，测量了 140 万颗恒星的速度。这些图像大部分是为了校准哈勃仪器而拍摄的，而不是为了科学用途。但由于这些图像是半人马座欧米茄的重复视图，它们成为了该团队研究工作的理想数据集。

“寻找高速恒星并记录它们的运动就像大海捞针，”哈伯勒说。最后，哈伯勒不仅拥有迄今为止 最完整的半人马座欧米茄恒星运动目录 ，还在他的档案大海中找到了七根针——七颗位于半人马座欧米茄中心一小块区域中的快速移动恒星。

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