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恒星，為中質素黑洞（IMBH）提供了新的證據。這個黑洞可能是距離地球最近的中質素黑洞，它挑戰了我們對此類天體的理解，並為密集星團中的中質素黑洞提供了一個新家園。
資料來源：歐空局/哈伯、美國太空總署、馬克西米利安-哈伯勒（MPIA）
一個國際天文學家小組利用美國太空總署（NASA）/歐洲航天局（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恒星。這些恒星為中質素黑洞的存在提供了令人信服的新證據。
中間質素黑洞（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素黑洞。大多數已知的黑洞要麽質素極大，如位於大星系核心的超大質素黑洞，要麽質素相對較輕，其質素不到太陽的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。如果存在超大質素黑洞，它們有多常見？超大質素黑洞是從 IMBH 生長出來的嗎？IMBH本身是如何形成的？致密星團是它們青睞的家園嗎？
這幅影像顯示了半人馬座歐米茄星的 IMBH 的位置。如果得到證實，這個候選黑洞距離地球17700光年，比銀河系中心的430萬太陽質素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恒星與大質素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、藍三色的恒星。第二張圖片顯示了該星團中心區域的細節，並可近距離觀察單個恒星。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喜愛的天體之一。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在不斷演變。近兩千年前，它作為一顆單星首次被列入托勒密星表。1677 年，艾德蒙-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恒星組成，它們在重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征：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素大約是其他大球狀星團的 10 倍，幾乎與一個小星系的質素相當。
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候選者就是在這裏被發現的。圖片來源：歐空局/哈伯、美國太空總署、馬克西米利安-哈伯勒（MPIA）
半人馬座歐米茄星由大約 1000 萬顆恒星組成，這些恒星具有重力束縛。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 萬顆恒星的速度，現已建立了一個龐大的恒星運動目錄。這些觀測的大部份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數據庫。這個龐大的星表是迄今為止所有星團中最大的運動星表，將公開釋出（更多資訊請）。
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恒星。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。最有可能的解釋是，一個非常巨大的天體對這些恒星產生了重力，使它們靠近中心。唯一可能如此巨大的天體是黑洞，其質素至少是太陽的8200倍。"
然而，其他研究則提出，質素可能是由恒星質素黑洞組成的中心星團造成的，並認為缺乏超過必要逃逸速度的快速運動恒星使得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-施夫（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，因為目前已知的質素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。"
如果得到證實，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430萬太陽質素的黑洞還要近。除了銀河系中心之外，這也將是已知的唯一一個恒星與大質素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征。雖然據信它的質素至少為 8200 個太陽質素，但它的確切質素和精確位置還不完全清楚。研究小組還打算研究快速移動的恒星的軌域，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占士-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準。
歐米茄半人馬座也是歐空局蓋亞任務最近釋出的新數據中的一個特征，其中包含 50 多萬顆恒星。"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恒星區域進行高精度天體測量的最佳工具之一，在這些區域，哈伯可以透過歐空局的蓋亞任務觀測提供更高的靈敏度，"團隊成員、意大利國家天體物理研究所（INAF）的馬蒂亞-利布拉拉托（Mattia Libralato）分享道，在這項研究期間，他曾是歐洲航天局的AURA成員。"我們的研究結果展示了哈伯的高分辨率和高靈敏度，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】雜誌上。
編譯自/ScitechDaily
