哈勃太空望远镜发现距离地球最近的大质量黑洞——一条冻结在时间中的宇宙线索

（蜘蛛网eeook.com）据美国太空网（Robert Lea）：利用哈勃太空望远镜，天文学家发现了有史以来距离地球最近的大质量黑洞，一个“冻结在时间中”的宇宙泰坦。

作为难以捉摸的“中等质量黑洞”的一个例子，该物体可以作为理解恒星质量和超大质量黑洞之间联系的缺失环节。这个黑洞的质量约为8200个太阳，这使得它的质量比恒星质量黑洞大得多，恒星质量黑洞的质量是太阳的5到100倍，而质量比被恰当命名的超大质量黑洞小得多，超大质量黑洞的重量是太阳的数百万到数十亿倍。科学家们发现的最接近恒星质量的黑洞被称为Gaia-BH1，它距离我们仅1560光年。

另一方面，新发现的中等质量黑洞居住在距离地球约18000光年的大约一千万颗名为半人马座欧米茄的恒星中。

（图片来源：欧洲航天局/哈勃/美国国家航空航天局/M.Haberle（MPIA））

有趣的是，“冷冻”黑洞似乎阻碍了它的生长，这一事实支持了半人马座欧米茄是一个被我们自己的星系吞噬的古老星系的遗迹的观点。

这表明半人马座欧米茄实际上是一个小型独立星系的核心，当银河系吞噬它时，它的进化被打断了。如果这一事件从未发生过，这个中间黑洞可能已经发展到超大质量状态，就像银河系自己的超大质量黑洞人马座a*（Sgr a*）一样，它的质量是太阳的430万倍，距离地球2.7万光年。

科学家们早就知道，并非所有的黑洞都是平等产生的。虽然已知恒星质量黑洞是通过质量至少是太阳八倍的恒星坍缩形成的，但超大质量黑洞一定有不同的起源。这是因为没有一颗恒星的质量足以坍缩，留下数百万倍于太阳的残骸。

因此，科学家们提出，超大质量黑洞的诞生和成长是由于越来越大的黑洞的合并链。探测到黑洞合并产生的时空涟漪（称为引力波）证明了这一点。

这种黑洞合并和增长的过程，再加上恒星质量黑洞和超大质量黑洞之间巨大的质量差距，意味着应该有一批中等大小的黑洞。

一幅插图显示了三种类型的天体物理黑洞，从左边质量最大的黑洞到右边质量最小的黑洞（图片来源：Robert Lea（与Canva共同创建））

然而，这些质量在太阳几百到几千倍之间的中等质量黑洞在很大程度上似乎已经避免了被探测到。这是因为，像所有黑洞一样，这些中等大小的宇宙泰坦以称为事件视界的外部边界为标志。

事件视界是指黑洞的引力影响变得如此巨大，以至于连光都无法逃脱的点。因此，只有当黑洞被加热时发光的物质包围，或者在所谓的“潮汐破坏事件”（TDE）中撕裂并吞噬一颗不幸的恒星时，黑洞才在光中可见。

中间的黑洞，如半人马座欧米茄中的黑洞，周围没有大量的物质和食物。

这意味着天文学家在寻找这样的黑洞时必须有点狡猾。他们利用这些空隙对物质的引力效应，比如围绕它们运行的恒星或穿过它们的光。这一新发现的团队使用了前一种方法。

寻找这个中间黑洞始于2019年，当时马克斯·普朗克天文学研究所（MPIA）的Nadine Neumayer和犹他大学的Anil Seth设计了一个研究项目，以提高我们对半人马座欧米茄形成历史的理解。

特别是，研究人员和合作者、MPIA博士生Maximilian Häberle希望在半人马座欧米茄中找到快速移动的恒星，以证明该星团有一个巨大、密集或紧凑的“中央引擎”黑洞。使用类似的方法，利用银河系中心快速移动的恒星群来确定Sgr A*的质量和大小。

Häberle和他的团队使用了这个星团的500多张哈勃图像，建立了一个庞大的半人马座欧米茄恒星运动数据库，测量了大约140万颗恒星的速度。哈勃望远镜对半人马座欧米茄的这种不断重复的观测，不是出于科学兴趣，而是为了校准其仪器，是该团队任务的理想数据集。

“寻找高速恒星并记录它们的运动就像大海捞针，”Häberle说。该团队最终发现了七颗“大海捞针恒星”，而不是一颗，它们都在半人马座欧米茄中心的一个小区域内快速移动。

移过射手座A*，地球附近还有另一个巨大的黑洞。（图片来源：EHT Collaboration）

这些恒星的快速运动是由附近的集中质量引起的。如果研究小组只发现了一颗快速恒星，就不可能确定它的速度是由一个大而近的中心质量造成的，还是这颗恒星是一颗在没有任何中心质量的情况下以直线速度快速运动的失控恒星。

通过发现和测量七颗恒星的不同速度和方向，可以做出这一决定。测量结果显示，该区域的集中质量相当于8200个太阳，而对该区域的目视检查没有发现类似恒星的物体。如果一个黑洞位于这个区域，这正是人们所期望的，该团队确定这个区域的宽度为“光年”。

事实上，我们的星系已经成熟到足以在其核心生长出一个超大质量黑洞，这意味着它可能已经超越了拥有许多中等质量黑洞的阶段。该团队表示，这个星系存在于银河系中，因为其原始星系的蚕食恰好限制了其生长过程。

“之前的研究引发了‘高速恒星在哪里？’的关键问题，我们现在有了答案，并证实半人马座欧米茄包含一个中等质量的黑洞，”Häberle说。“在大约18000光年的距离，这是已知的最接近大质量黑洞的例子。”

当然，这并没有真正改变Sgr A*作为距离地球最近的超大质量黑洞的地位，也没有改变Gaia BH1作为距离地球最近的恒星质量黑洞的状态，但它提供了一些保证，即科学家在考虑我们的中心黑洞最初是如何成为这样一个宇宙巨人时，走在了正确的轨道上。

该团队的研究于周三（7月10日）发表在《自然》杂志上。