中等质量黑洞存在的证据是科学家发现的

近日，中国科学院国家天文台/中国科学院大学副教授黄样联合多家科研机构，为长期“隐藏”的中等质量黑洞提供了证据，通过搜索从球星团中弹出的高速明星。相关研究成果作为封面文章发表在《国家科学评论》上。

在宇宙中，科学家们早就知道由大质量恒星死亡形成的恒星黑洞和存在于每个大星系中心的超大质量黑洞。质量介于两者之间的中等质量(IMBH)黑洞通常被认为是恒星黑洞成长为超大质量黑洞的关键中间环节，但目前只发现了一些有争议的替代品。长期以来，这个黑洞是否存在一直困扰着科学家。

据研究人员介绍，球形星团被称为中等质量黑洞最理想的隐藏场所。早在20世纪初，科学家们就使用哈勃空间望远镜配备的超高空间分辨率太空望远镜成像仪观察了球形星团M15，并推断M15中心可能有一个中等质量的黑洞，太阳质量约为1700至3200。

对此，许多研究团队提出了质疑。随后的科学家选择了不同的方法进行进一步的研究，并取得了长足的进步。然而，如果你想确认M15中心有一个中等质量的黑洞，你应该更接近星团中心的观测数据。

在最新发表的论文中，研究小组提出，利用中等质量的黑洞可以撕开靠近它们的“重力弹弓效应”(希尔机制)，迅速绕过它们，从而限制中心质量的集中范围。

它们基于盖亚天文卫星(Gaia)和郭守一起看眼镜(LAMOST)数据分析了近1000颗高速星和100多颗银河系球星的轨道演变，发现J0731高速星大约2000万年的3717 km/s的超高速率来自球形星团在M15中被弹跳。这种数据分析的置信度达到5.4σ，这意味着其结果具有很高的可靠性。与此同时，J0731 3717还具有与M15高度一致的化学丰度和年龄。

研究团队推断，自从球星团中弹出如此高速的恒星以来，它需要一颗接近双星的天文单位，当它经过数千个中等质量的太阳质量黑洞时，它被强大的潮汐力撕裂，一颗星被黑洞捕获，另一颗星被高速弹出。

这一独特的发现使用重力弹弓效应首次将数千个太阳质量控制在几个天文单位之内。因此，它不可能是成千上万的中子星/恒星黑洞，而只能是一个黑洞，即M15中心确实有一个中等质量的黑洞。

业内人士认为，这项研究发现了第一颗高速星J07311，这是由于球状星团中的重力弹弓效应而反弹的 3717，打开中等质量黑洞存在证据链的“最后一个环节”。

科研团队预计，随着Gaia和LAMOST等道路上大规模光谱巡天数据的不断积累，至少在不久的将来会发现几个和J0731 像3717这样从球状星团中射出的高速星，有望促进科学家对中等质量黑洞的认识。