整个宇宙中，黑洞数量众多，质量惊人。一方面，众所周知，黑洞是从恒星的尸体中产生的，并且与轨道伴星一起出现，经常发射X射线，并且还通过它们的引力波发射来吸气和合并而被发现。已知有超过100个这样的黑洞，质量在~3到~200个太阳质量之间。另一方面，有超大质量黑洞，主要存在于星系的核心，质量要大得多：从太阳质量的数十万倍到数百亿。
但是，长期以来，人们一直怀疑存在介于两者之间的中 等质量黑洞 群，但事实证明，直接揭示黑洞极难。寻找它们的主要地点之一是球状星团的中心附近：密集的集合在数十万到数百万颗恒星之间，它们都聚集在一个只有几十光年的体积中。这些球状星团在附近比比皆是，其中有100多个与我们的银河系相连，还有1000多个在本星系群内。
在一项具有里程碑意义的新研究中，天文学家刚刚宣布了 球状星团欧米茄半人马座中存在中心黑洞的可靠证据 ，其质量至少为8200太阳质量。这是迄今为止中等质量黑洞的最有力证据，并且可能对在整个宇宙中寻找这些物体具有关键意义。
首先，宇宙只有少数几种途径可以形成黑洞。最常见的机制被认为直接来自大质量恒星，这些恒星到达了生命周期的尽头。每当一颗恒星将轻元素融合成较重的元素时，它就会在其核心以辐射的形式释放能量，而这种辐射是支撑恒星抵御引力坍缩的原因。每当恒星的这些关键元素的供应开始不足时，辐射压力就会降低，恒星的核心就会收缩和升温。如果新的高温足以开始融合下一组更重的元素，那么恒星的生命周期就会继续;如果没有，中心核心可能会坍缩成中子星或黑洞，这取决于质量。
一些恒星在壮观的核心坍缩超新星中死亡，从它们的核心留下黑洞残骸。
其他恒星直接坍缩，将祖星的整个质量转化为黑洞。
也有可能，甚至有可能，会聚的冷气流可以产生更大的黑洞，可能有几千或几万个太阳质量，特别是在早期宇宙中。
最后，两颗足够质量的中子星可以合并在一起，在合并后产生黑洞。
所有这些机制都被认为会导致我们宇宙中黑洞的产生。
此外，随着时间的流逝，黑洞不仅保留了它们被创造时的特性;它们相互作用、合并和吞噬落入其中的物质，导致随着时间的推移大规模增长的潜力。我们所知道的大多数黑洞都是通过以下两种方式之一识别的：
通过两个低质量黑洞的吸气和合并，在最后形成一个更重、更高质量的黑洞，
或者因为黑洞正在积极地以物质为食，无论是来自瞬态来源（如吞噬气体云或恒星）还是来自持续的来源（如从双星伴星身上吸取物质）。
换句话说，我们实际发现的大多数黑洞都是在它们生长和增加质量的过程中被发现的。
在星系的中心，我们了解到超大质量黑洞就在那里。在宇宙的早期，正如JWST、Chandra、Hubble和ALMA等天文台所显示的那样，超大质量黑洞的质量几乎与这些星系中恒星的累积总质量一样大，但到了今天，它们通常只有星系恒星总质量的~0.1%左右。这为我们提供了一组有趣的地方来寻找这些介于两者之间的黑洞质量，这些黑洞的质量比单个恒星产生的黑洞更大，但质量比超大质量庞然大物小：要么在小质量星系的中心，要么在球状星团的中心核心深处。
后一种选择，即在球状星团内部寻找中等质量的黑洞，是近几十年来天文学家许多搜索的主题。球状星团在这个任务中有很多优势。
它们本身的质量不大：在~10之间 5 和 ~10 7 太阳质量，表明其中应该存在~数千个太阳质量范围内的黑洞。
球状星团密集排列，它们的所有恒星彼此相距仅几十光年。
球状星团主要是古老的，这意味着它们已经持续了数十亿年，许多已知的球状星团的大部分恒星种群的年代为~120亿年或更长时间。
球状星团无处不在，而且就在附近，其中有100多个与银河系相连，距离我们只有几千或一万光年。
球状星团还表现出一种称为质量分离的特性，这种特性发生在随时间受引力束缚的天文系统中。在足够长的时间尺度上，最重的质量向中心下沉，使质量较轻的物体更松散地束缚并优先位于郊区。
所有这些，加在一起，为冲刷球状星团，特别是球状星团的中心，提供了一套极好的动机，以容纳中等质量黑洞的可能性。
人们使用毫秒脉冲星作为工具 进行搜索，并指出这些脉冲星的种群是非常精确的时钟，在它们的时间里会经历颠簸和颠簸（其加速度的一阶和二阶导数）。模拟预测， 中等质量的黑洞确实应该在球状星团中形成 ，质量大于100太阳质量但低于100,000太阳质量。使用一种拟议但尚未构建的工具，如下一代甚大阵列（ngVLA），科学家们可以对距离~8000万光年的星系周围的 球状星团中的中等质量黑洞敏感 。球状星团 Messier 62 和 Messier 22 都被证明是有黑洞的，但都是恒星质量，而不是中等质量。
然而，它是一个位于我们银河系外围的球状星团，而不是与人马座矮星系 Messier 54 结合，这给了我们第一个迹象，表明球状星团中心的 中等质量黑洞 。通过注意到球状中心核心附近许多恒星的运动，天文学家得出结论，很有可能存在一个质量约为9400太阳质量的黑洞：这表明这些「缺失环节」的黑洞确实存在。然而，就像其他中等质量的候选黑洞一样，比如：
HLX-1 在星系 ESO 243-49 附近发现 ，
一个候选的潮汐破坏事件， 一个可能的中等质量黑洞撕碎了一颗恒星 ，
在仙女座星系周围发现的球状星团B023-G078 的中心，
半人马座欧米茄内恒星运动的 中心测量，
或 在 Messier 4 内 ，
证据一直相当不确定。迄今为止，还缺乏排除其他解释的明确证据。
然而，2024 年 7 月 10 日发表的 两项新 研究 终于为我们提供了在中等质量黑洞方面宣布「发现」所需的证据。关键天体确实是 半人马座欧米茄 球状星团：银河系系中已知质量最大的球状星团， 长期以来一直被怀疑包含中等质量黑洞 。它距离我们只有17,000光年，它的重要数据是：
它的半径大约为75光年，
总质量约为400万太阳质量，
据估计，大约有1000万颗恒星。
与大多数球状星团不同，球状星团被认为起源于恒星形成的主要事件，来自比通常产生开放星团更大的气体云 - 类似于 我们现在在狼蛛星云中看到 的情况 - 有大量证据表明，半人马座欧米茄走了一条更不寻常的道路成为球状星团： 相反，它是一个被大面积摧毁的矮星系的残余核心，很久以前就被银河系吞噬了。与由超级星团形成的球状星团不同，半人马座欧米茄的重元素丰度低（但不是低得离谱），它在银河系中的运动，以及它「只有」115亿年（对于球状星团）的年龄，再加上在其中发现的复杂多样的恒星群，都表明了这个物体的不寻常起源。
但是，我们如何确定这个球状星团——或者，就此而言，任何附近的球状星团——是否真的包含一个中等质量的黑洞呢？
关键是要获得关于球状星团内恒星的大量高质量数据，包括这些恒星随时间的运动。我们中的许多人都记得看到银河系中心超大质量黑洞人马座A*以及梅西耶87中心的超大质量黑洞事件视界的壮观图像：距离我们银河系中心的超大质量黑洞大约2000倍，但质量也是我们银河系中心的1500倍。虽然这通常被视为这些超大质量黑洞的「吸烟枪」证据，但在我们实际获得这些测量结果之前，有两条证据是肯定的赠品。
一个证据是来自这些银河系中心的强烈X射线和无线电辐射：从整个宇宙的超大质量黑洞中发出的东西。这些大角度的特征，主要是由于这些黑洞离我们很近，由耀斑和/或喷流连接起来，揭示了一个可能的黑洞。但更令人信服的是，多年来，我们追踪了银河系中心内大量恒星的运动，它们都被证明都围绕着一个没有发光的共同点运行。仅仅通过了解引力，我们不仅可以推断银河系中心存在黑洞，还可以推断出它的质量。
虽然像梅西耶87这样的星系距离太远，无法测量其中心附近单个恒星的轨道，但对于像半人马座欧米茄这样的球状星团来说，这个障碍并不构成问题。在17,000光年之外，它实际上比银河系中心围绕黑洞人马座A*运行的恒星近约10,000光年。一个艰巨的项目被用于测量其中恒星的适当运动（即三维空间中的运动），特别是球状星团中心附近的恒星，在大约20年的基线上，使用人类在这些时间尺度上可用的最佳数据：来自哈勃太空望远镜。
除了这些适当的运动数据外，还对这些恒星进行了光度测量数据，使天文学家能够测量它们的颜色、星等特性，并按恒星数量对它们进行排序。在半人马座的长基线上，以这种方式测量了超过100万颗恒星（约140万颗），正如马克西米利安·哈伯勒（Maximilian Häberle）和纳丁·诺伊迈尔（Nadine Neumayer）最近领导的两项研究所记录的那样。与以前的研究不同，这些研究可能受到以下因素的污染：
球状星团中心的恒星质量黑洞，
缺乏观测到的对星团真实中心的敏感性，
以及星团中缺乏快速移动的超高速恒星，
这些新论文在筛选了所有140万颗恒星后，确定了七颗「冒烟的」恒星，这些恒星似乎都被踢到了超出星团预计逃逸速度的速度：这只能用被束缚在一个巨大的黑洞上来解释。
许多用于重建这些恒星运动的图像的显着之处在于，它们并不是为了任何特定的科学目标而获得的。它们主要是为了方便哈勃太空望远镜校准其仪器。但是，就像许多最初的JWST图像（主要用于校准目的）产生了大量的「奖励」科学一样，这些观测结果帮助天文学家在很长一段时间内跟踪了无数这些恒星。凭借哈勃望远镜非凡的分辨率，特别是在较短的波长下，即使是半人马座欧米茄丰富的星场也可以很容易地分辨成单个物体。
多颗超高速恒星被发现的事实表明，它们不仅仅是在经历与同伴或附近闯入者的瞬时引力相互作用，而是附近一定有一个集中的质量，它们很可能受到引力的束缚。正如银河系中心内的恒星可以根据它们与中心黑洞的紧密程度而达到惊人的速度一样，在半人马座欧米茄中心区域内发现的七颗超高速恒星也揭示了一个黑洞。即使缺乏这些恒星的精确轨道数据，参与这项研究的科学家仍然能够对内部黑洞的质量设定一个显着的下限： 8200个太阳质量 。
这个数字是8200个太阳质量，比已知最重的恒星质量黑洞重30倍以上，但比已知最轻的超大质量黑洞轻30倍以上。很长一段时间以来，天文学家一直在想，「如果这些球状星团中真的有一个中等质量的黑洞，那么超高速恒星在哪里？发现的不仅仅是一两个，它们可能是无关的闯入者，而是 七个 都位于天空最内侧的弧秒内，这就是我们宣布发现中等质量黑洞所需的「吸烟枪」证据。没有其他解释与已知的物理定律相符。
然而，我们必须牢记一个局限性：这个黑洞的质量比银河系中心的黑洞小，需要很长的时间——大约一个世纪，而不是大约十年——才能绘制出这些围绕它们旋转的快速移动恒星的完整轨道。尽管如此，即将到来的JWST数据应该会精确地测量这些恒星的视速，其精度要比哈勃望远镜更高，并且对地面设施的长期研究，包括VLT等现有设施以及GMT或ELT等未来设施，可以开始确定这些恒星如何加速。终于，我们找到了第一个万无一失的中等质量黑洞，现在开始了确定其确切性质的后续探索。
