半人马座欧米茄星团内可能有一个极为罕见的黑洞。
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哈勃望远镜拍摄的半人马座欧米茄星团。NASA / ESA
天文学家在半人马座欧米茄星团中发现了7颗理论上不可能存在的奇怪恒星。这些恒星的运行速度快得不可思议,却依然在环绕某个看不见的物体飞行。研究人员认为,它们围绕飞行的,可能是一个神秘的“中等质量黑洞”,且这个黑洞可能是迄今为止人们在银河系内发现的第二大黑洞。
中等质量黑洞的质量相当于100至10万个太阳,是介于恒星级黑洞和超大质量黑洞之间的“缺失一环”。理论上这些黑洞在宇宙中的数量与其他类型的黑洞一样多,但天文学家一直以来却都难以确认它们的存在,甚至都不知道为何如此。近年来人们发现过若干个候选者,但至今没有获得过十分确凿的证据。
近日一些科学家发表论文称,他们在半人马座欧米茄星团内发现,那里可能存在着一个大型的中等质量黑洞。半人马座欧米茄是银河系中最大的球状星团,包含约1000万颗恒星。星团距离地球约17000光年。
研究人员对比了哈勃太空望远镜拍摄的500张欧米茄星团照片,对星团中心附近约140万颗恒星的运动参数进行了测绘。结果他们发现,至少有7颗恒星的运动参数表现异常。它们的飞行速度太快,以至于理论上不可能还在那里。
如果按照这些恒星的飞行速度,它们理应早就摆脱了星团乃至银河系的引力束缚,飞入了茫茫的星系际空间。但是实际上,这7颗恒星依然在高速环绕星系中心飞行。对此最合理的解释是,那里存在着一个质量非常大的物体,这个物体的引力拖住了这些恒星,使之无法离开星团的中心。根据当前的理论,唯一可能拥有这么大质量的物体是黑洞,而这个黑洞的质量,至少应当相当于8200个太阳。
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半人马座欧米茄星团是银河系最大的球状星团。ESA / Hubble / NASA / M. Häberle
半人马座欧米茄星团(NGC 5139)本身就是个非常不寻常的星团。它的质量是一般球状星团的大约10倍,而且看起来相当扁平。这个星团我们在观测条件理想时,用肉眼就能够看到。
根据这个星团的特点,科学家推测它是一个曾经环绕银河系运行,后来被银河系吞并的矮星系。基于这一点,许多科学家怀疑在它的中心区域可能有一个相当大的黑洞。
认为半人马座欧米茄星团中心有一个中等质量黑洞的观点最早见于2008年,当时哈勃首次展示了这个星团中心的恒星密度之高令人惊讶。但是当时也有一派观点认为,欧米茄星团的中心可能存在一群较小的恒星级黑洞,而非单一的中等质量黑洞。
而这一次哈勃发现这7颗超速飞行的恒星,是迄今为止表明存在于星团中心的是一个中等质量黑洞,而非一群恒星级黑洞的最直接证据。不仅如此,这个黑洞可能还是迄今为止人们发现的银河系第二大黑洞,其质量仅次于银心超大质量黑洞“人马座A*”。与这个黑洞质量相近的其他黑洞几乎没有。
不过目前科学家还需收集更多的数据,来进一步证实这个黑洞的存在。这个黑洞质量的精确值究竟是多少目前也仍然不清楚。借助如韦伯望远镜这样的先进工具,答案或许很快就能揭晓。
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黑洞在星团中可能的位置。ESA / Hubble / NASA / M. Häberle
参考
oMEGACat II -- Photometry and proper motions for 1.4 million stars in Omega Centauri and its rotation in the plane of the sky
https://arxiv.org/abs/2404.03722
Hubble finds evidence for rare black hole in Omega Centauri
https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Hubble_finds_evidence_for_rare_black_hole_in_Omega_Centauri
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