半人馬座歐米茄星團內可能有一個極為罕見的黑洞。
哈勃望遠鏡拍攝的半人馬座歐米茄星團。 NASA / ESA
天文學家在半人馬座歐米茄星團中發現了7顆理論上不可能存在的奇怪恒星。這些恒星的執行速度快得不可思議，卻依然在環繞某個看不見的物體飛行。研究人員認為，它們圍繞飛行的，可能是一個神秘的「中等質素黑洞」，且這個黑洞可能是迄今為止人們在銀河系內發現的第二大黑洞。
中等質素黑洞的質素相當於100至10萬個太陽，是介於恒星級黑洞和超大質素黑洞之間的「缺失一環」。理論上這些黑洞在宇宙中的數量與其他類別的黑洞一樣多，但天文學家一直以來卻都難以確認它們的存在，甚至都不知道為何如此。近年來人們發現過若幹個候選者，但至今沒有獲得過十分確鑿的證據。
近日一些科學家發表論文稱，他們在半人馬座歐米茄星團內發現，那裏可能存在著一個大型的中等質素黑洞。半人馬座歐米茄是銀河系中最大的球狀星團，包含約1000萬顆恒星。星團距離地球約17000光年。
研究人員對比了哈伯太空望遠鏡拍攝的500張歐米茄星團照片，對星團中心附近約140萬顆恒星的運動參數進行了測繪。結果他們發現，至少有7顆恒星的運動參數列現異常。它們的飛行速度太快，以至於理論上不可能還在那裏。
半人馬座歐米茄星團是銀河系最大的球狀星團。 ESA / Hubble / NASA / M. Häberle
如果按照這些恒星的飛行速度，它們理應早就擺脫了星團乃至銀河系的重力束縛，飛入了茫茫的星系際空間。但是實際上，這7顆恒星依然在高速環繞星系中心飛行。對此最合理的解釋是，那裏存在著一個質素非常大的物體，這個物體的重力拖住了這些恒星，使之無法離開星團的中心。根據當前的理論，唯一可能擁有這麽大質素的物體是黑洞，而這個黑洞的質素，至少應當相當於8200個太陽。
半人馬座歐米茄星團（NGC 5139）本身就是個非常不尋常的星團。它的質素是一般球狀星團的大約10倍，而且看起來相當扁平。這個星團我們在觀測條件理想時，用肉眼就能夠看到。
根據這個星團的特點，科學家推測它是一個曾經環繞銀河系執行，後來被銀河系吞並的矮星系。基於這一點，許多科學家懷疑在它的中心區域可能有一個相當大的黑洞。
認為半人馬座歐米茄星團中心有一個中等質素黑洞的觀點最早見於2008年，當時哈伯首次展示了這個星團中心的恒星密度之高令人驚訝。但是當時也有一派觀點認為，歐米茄星團的中心可能存在一群較小的恒星級黑洞，而非單一的中等質素黑洞。
而這一次哈伯發現這7顆超速飛行的恒星，是迄今為止表明存在於星團中心的是一個中等質素黑洞，而非一群恒星級黑洞的最直接證據。不僅如此，這個黑洞可能還是迄今為止人們發現的銀河系第二大黑洞，其質素僅次於銀心超大質素黑洞「人馬座A*」。與這個黑洞質素相近的其他黑洞幾乎沒有。
不過目前科學家還需收集更多的數據，來進一步證實這個黑洞的存在。這個黑洞質素的精確值究竟是多少目前也仍然不清楚。借助如韋伯望遠鏡這樣的先進工具，答案或許很快就能揭曉。
半人馬座歐米茄星團中等質素黑洞的可能位置。 ESA / Hubble / NASA / M. Häberle
參考
oMEGACat II -- Photometry and proper motions for 1.4 million stars in Omega Centauri and its rotation in the plane of the sky
https://arxiv.org/abs/2404.03722
Hubble finds evidence for rare black hole in Omega Centauri
https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Hubble_finds_evidence_for_rare_black_hole_in_Omega_Centauri
