天文学家分析了哈勃太空望远镜二十年来拍摄的500幅图像，在最大的球状星团半人马座欧米茄星中发现了七颗快速移动的恒星，为中质量黑洞（IMBH）提供了新的证据。这个黑洞可能是距离地球最近的中质量黑洞，它挑战了我们对此类天体的理解，并为密集星团中的中质量黑洞提供了一个新家园。
资料来源：欧空局/哈勃、美国国家航空航天局、马克西米利安-哈伯勒（MPIA）
一个国际天文学家小组利用美国国家航空航天局（NASA）/欧洲航天局（ESA）哈勃太空望远镜二十年来拍摄的 500 多张图像，在天空中最大、最亮的球状星团--半人马座欧米茄的最内侧区域探测到了七颗快速移动的恒星。这些恒星为中质量黑洞的存在提供了令人信服的新证据。
中间质量黑洞（IMBHs）是黑洞演化过程中一个寻找已久的"缺失环节"。迄今为止，只发现了少数几个候选的中间质量黑洞。大多数已知的黑洞要么质量极大，如位于大星系核心的超大质量黑洞，要么质量相对较轻，其质量不到太阳的100倍。黑洞是人类所知的最极端的环境之一，因此它们是物理定律和我们对宇宙如何运作的理解的试验场。如果存在超大质量黑洞，它们有多常见？超大质量黑洞是从 IMBH 生长出来的吗？IMBH本身是如何形成的？致密星团是它们青睐的家园吗？
这幅图像显示了半人马座欧米茄星的 IMBH 的位置。如果得到证实，这个候选黑洞距离地球17700光年，比银河系中心的430万太阳质量黑洞距离地球还要近，后者距离地球26000光年。除了银河系中心之外，这也是已知的唯一一个恒星与大质量黑洞紧密结合的情况。这张图片包括三个板块。左侧第一幅图像显示的是半人马座欧米茄球状星团，在黑色的太空背景上汇集了无数红、白、蓝三色的恒星。第二张图片显示了该星团中心区域的细节，并可近距离观察单个恒星。第三张图片显示了候选 IMBH 在星团中的位置。图片来源：欧空局/哈勃、美国国家航空航天局、马克西米利安-哈伯勒（MPIA）
从地球上用肉眼就能看到半人马座欧米茄，它是南半球观星者最喜爱的天体之一。虽然这个星团距离地球 17700 光年，位于银河系的正上方，但从黑暗的乡村地区看去，它几乎和满月一样大。随着我们研究能力的提高，半人马座欧米茄的确切分类也在不断演变。近两千年前，它作为一颗单星首次被列入托勒密星表。1677 年，埃德蒙-哈雷（Edmond Halley）将其报告为星云，19 世纪 30 年代，英国天文学家约翰-赫歇尔（John Herschel）第一个将其确认为球状星团。
球状星团通常由多达一百万颗古老的恒星组成，它们在引力的作用下紧紧地结合在一起，在许多星系（包括我们自己的星系）的外围和中心区域都能发现。半人马座欧米茄星有几个不同于其他球状星团的特征：它的旋转速度比普通球状星团快，而且形状非常扁平。此外，半人马座欧米茄的质量大约是其他大球状星团的 10 倍，几乎与一个小星系的质量相当。
这张照片显示的是半人马座欧米茄球状星团的中心区域，IMBH候选者就是在这里被发现的。图片来源：欧空局/哈勃、美国国家航空航天局、马克西米利安-哈伯勒（MPIA）
半人马座欧米茄星由大约 1000 万颗恒星组成，这些恒星具有引力束缚。一个国际小组通过研究该星团的 500 多张哈勃图像，测量了 140 万颗恒星的速度，现已创建了一个庞大的恒星运动目录。这些观测的大部分目的是为了校准哈勃仪器，而不是用于科学研究，但结果证明它们是该小组研究工作的理想数据库。这个庞大的星表是迄今为止所有星团中最大的运动星表，将公开发布（更多信息请点击这里）。
德国马克斯-普朗克天文研究所的马克西米利安-海伯勒解释说："我们发现了七颗不应该存在的恒星。它们移动得如此之快，以至于它们应该逃离星团，再也不会回来。最有可能的解释是，一个非常巨大的天体对这些恒星产生了引力，使它们靠近中心。唯一可能如此巨大的天体是黑洞，其质量至少是太阳的8200倍。"
然而，其他研究则提出，质量可能是由恒星质量黑洞组成的中心星团造成的，并认为缺乏超过必要逃逸速度的快速运动恒星使得IMBH的可能性较小。
研究小组负责人纳迪娜-诺伊迈尔（Nadine Neumayer）也是马克斯-普朗克天文研究所的成员，她与美国犹他大学的阿尼尔-塞思（Anil Seth）共同发起了这项研究。她与美国犹他大学的 Anil Seth 共同发起了这项研究。她表示："这令人兴奋，因为目前已知的质量类似的黑洞寥寥无几。半人马座欧米茄中的黑洞可能是我们宇宙邻域中 IMBH 的最佳范例。"
如果得到证实，这个候选黑洞距离地球的距离为17700光年，比距离地球26000光年的银河系中心430万太阳质量的黑洞还要近。除了银河系中心之外，这也将是已知的唯一一个恒星与大质量黑洞紧密结合的案例。
科学小组现在希望了解这个黑洞的特征。虽然据信它的质量至少为 8200 个太阳质量，但它的确切质量和精确位置还不完全清楚。研究小组还打算研究快速移动的恒星的轨道，这需要对各自的视线速度进行额外的测量。研究小组已经获得了使用詹姆斯-韦伯太空望远镜的时间来完成这项工作，并且还有其他使用其他天文台的建议正在等待批准。
欧米茄半人马座也是欧空局盖亚任务最近发布的新数据中的一个特征，其中包含 50 多万颗恒星。"即使在30年后的今天，哈勃太空望远镜及其成像仪器仍然是在拥挤的恒星区域进行高精度天体测量的最佳工具之一，在这些区域，哈勃可以通过欧空局的盖亚任务观测提供更高的灵敏度，"团队成员、意大利国家天体物理研究所（INAF）的马蒂亚-利布拉拉托（Mattia Libralato）分享道，在这项研究期间，他曾是欧洲航天局的AURA成员。"我们的研究结果展示了哈勃的高分辨率和高灵敏度，为我们提供了令人兴奋的新的科学见解，并将对球状星团中的IMBH这一课题起到新的推动作用。"
研究结果发表在《自然》杂志上。
编译自/ScitechDaily