近日，中國科學(xué)院國家天文臺/中國科學(xué)院大學(xué)副教授黃樣聯(lián)合多家科研機構(gòu)，通過搜尋從球狀星團中被彈射的高速星，為“隱匿”已久的中等質(zhì)量黑洞提供了直接證據(jù)。相關(guān)研究成果作為封面文章發(fā)表在《國家科學(xué)評論》上。
來自球狀星團的逃逸之星：中等質(zhì)量黑洞存在證據(jù)鏈的最后一環(huán)藝術(shù)想象圖。國家天文臺供圖
在宇宙中，由大質(zhì)量恒星死亡形成的恒星級黑洞和存在于每個大型星系中心的超大質(zhì)量黑洞早已為被科學(xué)家所知。質(zhì)量介于二者之間的中等質(zhì)量（IMBH）黑洞通常被認為是恒星級黑洞成長為超大質(zhì)量黑洞的關(guān)鍵中間環(huán)節(jié)，但目前只發(fā)現(xiàn)了少數(shù)存在爭議的候選體。這類黑洞究竟是否存在，長期以來一直困擾著天文學(xué)家。
科研人員介紹，球狀星團被認為是中等質(zhì)量黑洞最理想的潛藏場所。早在20世紀初，科學(xué)家們就利用哈勃空間望遠鏡搭載的超高空間分辨率的太空望遠鏡影像攝譜儀對球狀星團M15進行了觀測，推測M15中心可能存在一個重達1700至3200太陽質(zhì)量的中等質(zhì)量黑洞。
對此，許多研究團隊提出了質(zhì)疑。后續(xù)天文學(xué)家采用不同方法開展進一步研究，取得了長足進展。但想要證實M15中心存在中等質(zhì)量黑洞，還需要更接近星團中心的觀測數(shù)據(jù)。
在最新發(fā)表的論文中，研究團隊提出，利用中等質(zhì)量黑洞可以撕開緊鄰它們快速繞轉(zhuǎn)密近雙星的“引力彈弓效應(yīng)”（希爾機制），來限制中心質(zhì)量的集中范圍。
他們基于蓋亞天文學(xué)衛(wèi)星（Gaia）和郭守敬望遠鏡（LAMOST）數(shù)據(jù)，分析了近千顆高速星及銀河系百余個球狀星團的軌道演化，發(fā)現(xiàn)高速星J0731+3717約2000萬年前以接近550 km/s的超高速度從球狀星團 M15中被彈射。這一數(shù)據(jù)分析的置信度達5.4σ，意味著其結(jié)果具有很高的可靠性。同時，J0731+3717還有著與M15高度一致的化學(xué)豐度和年齡。
科研團隊推測，自球狀星團中彈射如此高速的恒星，就需要一個密近雙星從數(shù)千個太陽質(zhì)量的中等質(zhì)量黑洞的一個天文單位附近經(jīng)過時被強大的潮汐力撕開，一顆星被黑洞捕獲，而另外一顆星則被高速彈出。
這個獨特的發(fā)現(xiàn)利用引力彈弓效應(yīng)首次把數(shù)千個太陽質(zhì)量限制在幾個天文單位之內(nèi)，因此不可能是數(shù)千個中子星/恒星級黑洞，而只能是一個黑洞，即M15中心確實存在一個中等質(zhì)量黑洞。
業(yè)內(nèi)專家認為，該研究通過發(fā)現(xiàn)首顆因球狀星團中引力彈弓效應(yīng)彈射的高速星J0731+3717，打通了中等質(zhì)量黑洞存在證據(jù)鏈的“最后一環(huán)”。
科研團隊期待，隨著Gaia和如LAMOST等地面大規(guī)模光譜巡天數(shù)據(jù)的不斷積累，不久的將來至少還能發(fā)現(xiàn)數(shù)顆與J0731+3717一樣從球狀星團中彈射出來的高速星，有望推動科學(xué)家對中等質(zhì)量黑洞的理解。
相關(guān)論文信息：http://doi.org/10.1093/nsr/nwae347
本文鏈接：科學(xué)家發(fā)現(xiàn)中等質(zhì)量黑洞存在的直接證據(jù)http://m.lensthegame.com/show-11-17640-0.html
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