美国宇航局哈勃望远镜发现半人马座欧米茄星中存在中等质量黑洞的有力证据

美国国家航空航天局(NASA) 2024-07-10

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大多数已知黑洞要么质量极大,如位于大型星系核心的超大质量黑洞,要么质量相对较轻,质量不到太阳的 100 倍。然而,中等质量黑洞 (IMBH) 却很少见,被认为是黑洞演化过程中罕见的“缺失环节”。

现在,一个国际天文学家团队利用美国宇航局哈勃太空望远镜拍摄的超过 500 幅图像(跨越二十年的观测时间),通过追踪球状星团半人马座最内层七颗快速移动恒星的运动来寻找中等质量黑洞的证据。

半人马座ω质量约为其他大型球状星团的 10 倍,几乎与一个小星系一样大,并且由大约 1000 万颗受引力约束的恒星组成。

这些恒星为中等质量黑洞对它们的引力存在提供了新的有力证据。迄今为止,只发现了少数其他中等质量黑洞候选者。

半人马座欧米茄星团由大约 1000 万颗受引力束缚的恒星组成。该星团的质量约为其他大型球状星团的 10 倍——几乎与一个小星系一样大。

科学家们想要回答的众多问题包括:是否存在中等质量黑洞?如果有,它们有多常见?超大质量黑洞是从中等质量黑洞中发展而来的吗?中等质量黑洞本身是如何形成的?密集的星团是它们最喜欢的家园吗?

天文学家们现在已经为这些恒星的运动创建了一个庞大的目录,测量了从哈勃星团图像中收集到的 140 万颗恒星的速度。这些观测结果大部分是为了校准哈勃的仪器,而不是用于科学用途,但它们却成为了该团队研究工作的理想数据库。

“我们发现了七颗不应该在那里的恒星,”领导这项调查的德国马克斯·普朗克天文研究所的马克西米利安·哈伯勒解释说。“它们移动得如此之快,以至于它们会逃离星团,再也不会回来。最有可能的解释是,一个非常大的物体在引力作用下拉着这些恒星,使它们靠近中心。唯一能有如此大质量的物体是黑洞,它的质量至少是太阳的 8,200 倍。”

有几项研究表明半人马座欧米茄星中存在中等质量黑洞。然而,其他研究认为,欧米茄星的质量可能是由中心的恒星质量黑洞群贡献的,并且认为,由于缺乏以必要逃逸速度以上快速移动的恒星,因此形成中等质量黑洞的可能性较小。

一个国际天文学家小组利用美国宇航局哈勃太空望远镜历时 20 年拍摄的 500 多幅图像,探测到半人马座欧米茄星团(天空中最大、最亮的球状星团)最内部区域有七颗快速移动的恒星。这些恒星为存在一个中等质量黑洞 (IMBH) 提供令人信服的新证据。迄今为止,仅发现少数其他中等质量黑洞候选者。该图显示了半人马座欧米茄星团中中等质量黑洞的位置。如果得到证实,这个候选黑洞距离地球 17,700 光年,比距离地球 26,000 光年的银河系中心 430 万太阳质量的黑洞更靠近地球。除银河系中心外,它也将是已知的唯一一个多颗恒星紧密结合大质量黑洞的例子。该图包含三个面板。左侧第一幅图像显示的是球状星团半人马座欧米茄星团,它是太空黑色背景上无数颗红、白、蓝三色恒星的集合。第二幅图像显示了该星团中心区域的细节,以及单个恒星的近距离视图。第三幅图像显示了该星团中 IMBH 候选者的位置。

“这一发现是迄今为止半人马座欧米茄星系中存在中等质量黑洞的最直接证据,”该研究的发起人、德国马克斯普朗克天文研究所的 Nadine Neumayer 和盐湖城犹他大学的 Anil Seth 补充道。“这令人兴奋,因为目前已知的类似质量的黑洞非常少。半人马座欧米茄星系中的黑洞可能是我们宇宙邻近地区中中等质量黑洞的最佳例子。”

如果得到证实,该候选黑洞距离地球 17,700 光年,比距离地球 26,000 光年的银河系中心 430 万太阳质量的黑洞更靠近地球。

半人马座欧米茄星团在地球上用肉眼就可以看到,是南半球观星者最喜欢的天体之一。该星团位于银河系平面的正上方,从黑暗的乡村地区看,它看起来几乎和满月一样大。近 2000 年前,它首次被列入托勒密星表,当时是一颗恒星。埃德蒙·哈雷于 1677 年将其报告为星云。19 世纪 30 年代,英国天文学家约翰·赫歇尔首次将其识别为球状星团。

Häberle 等人领导的发现论文今天在《自然》杂志在线版上发表

科学家认为,一个巨大物体正在对半人马座欧米茄星内的恒星产生引力,使它们靠近中心。图片来源:美国宇航局戈达德太空飞行中心,首席制片人:保罗·莫里斯

哈勃太空望远镜已运行三十多年,并不断取得突破性发现,这些发现塑造了我们对宇宙的基本理解。哈勃望远镜是美国宇航局 (NASA) 和欧洲航天局 (ESA) 之间的国际合作项目。位于马里兰州格林贝尔特的 NASA 戈达德太空飞行中心负责管理望远镜和任务运营。总部位于科罗拉多州丹佛的洛克希德马丁太空公司也支持戈达德的任务运营。由天文学研究大学协会运营的马里兰州巴尔的摩太空望远镜科学研究所负责为 NASA 开展哈勃科学运营。



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