M4球状星团中心藏有一个中等质量黑洞！？

谢翔宇

根据最新研究指出，位在我们银河系中、6，000光年远的球状星团M4的中心，可能有一个质量为太阳800倍的中等质量黑洞。中等质量黑洞仍然是天文学中的一个谜团，迄今为止，我们对这些中等质量黑洞的了解大多数仍是间接且不确定的，这个位在M4球状星团中心的黑洞也不例外。这篇研究利用哈伯太空望远镜（Hubble Space Telescope，HST）与圭亚望远镜（Gaia）的巡天资料，仔细追踪了星团中约6，000颗恒星的运动，计算结果显示中心可能藏有一个质量为太阳800倍的中等质量黑洞，尽管目前仍然无法完全确定。

M4球状星团

图说：位于天蝎座的M4球状星团，是距离我们最近的球状星团之一。来源：ESO

天文学家早已在宇宙中确认了相当多的黑洞，它们的质量分布非常极端：质量在太阳100倍以下的恒星级黑洞，以及质量在太阳数百万至10亿倍的超大质量黑洞。在这两个极端之间，几乎没有任何中等质量的黑洞存在，究竟是宇宙间真的没有中等质量的黑洞存在，或是它们确实存在，但是因为某种原因使得天文学家无法探测到它们呢？目前天文学界已经了解恒星级质量黑洞的形成原因，主要来自于大质量恒星的核心塌缩或致密天体的合并等等现象，但对于超大质量黑洞的形成仍然有多疑问。究竟超大质量黑洞是藉由许多恒星级黑洞合并形成，或者是另有形成途径呢？中等质量黑洞显然是一个线索，或许可作为恒星级黑洞合并成超大质量黑洞的中间过程。

哈伯太空望远镜拍摄的M4球状星团的中心区域

图说：哈伯太空望远镜拍摄的M4球状星团的中心区域。来源：NASA

M4是距离地球最近的球状星团之一，而有些天文学家推论中等质量黑洞可能就藏身于球状星团的中心。球状星团是由极密集、超过10万至100万颗恒星组成的球形外观的星团，大多数的恒星是从同一个星云、在同一个时间形成的。以往针对球状星团的研究发现它们中心的质量密度相当高，符合中等质量黑洞的质量范围。一般来说，若是黑洞没有积极地吸积周遭的物质，一般观测并不容易发现它们的存在，但黑洞所产生的重力影响周围的恒星轨道将会是相当可靠的线索。在这篇研究中，研究团队运算了各种模型，排除星团中心由许多黑洞聚在一起的可能性，也证实了有大量质量集中在很小的区域以内，虽然仍无法完全确定是一个单独的天体的重力造成的，但可以证明它非常、非常地小。若没有全新未知的恒星类型或是未知的天体物理学方面的解释，目前中等质量黑洞是最有可能的解释。研究人员建议持续使用哈伯望远镜和韦伯太空望远镜对M4球状星团进行更多的观察，以更加确定恒星在星团中运动的情形。该研究全文请参考2023年7月的皇家天文学会月报（Monthly Notices of the Royal Astronomical Society，MNRAS）。（编辑/谢翔宇）

参考资料：ScienceAlert

论文全文：MNRAS

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