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指间云网络科技有限公司客服电话
2025-02-24 01:50:26
指间云网络科技有限公司客服电话

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中新网北京2月21日电 (记者 孙自法)由于(yu)目前(qian)仅发现(xian)少数有争(zheng)议的候选体,介于(yu)恒星级黑洞和超大质量黑洞之间的中等质量黑洞是否存在,长期以来一直(zhi)困扰着天文学家。

研究发现(xian)直(zhi)接证(zheng)据

中国科(ke)学院国家天文台2月21日发布(bu)消息说,该台研究人员领衔多家科(ke)研机构合作(zuo)团队,通(tong)过搜寻因“引力弹弓(gong)效应”(希尔机制)从球状(zhuang)星团中被(bei)弹射的高速星,最新研究发现(xian)“隐(yin)匿”已久的中等质量黑洞存在的直(zhi)接证(zheng)据。

来自球状(zhuang)星团的逃逸之星:中等质量黑洞存在证(zheng)据链(lian)的最后一环(huan)艺术想象图。中国科(ke)学院国家天文台 绘图

研究团队基于(yu)欧洲空间局盖亚空间望远镜(jing)(Gaia)、中国郭守敬望远镜(jing)(大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜(jing),LAMOST)以及多个(ge)光谱巡天数据,分析了近千颗高速星及银河系百余个(ge)球状(zhuang)星团的轨道演化,发现(xian)编号为J0731+3717的高速星在约2000万(wan)年前(qian),以接近550千米每秒的超高速度从球状(zhuang)星团 M15中被(bei)弹射。这一极高的弹射速度最可能源于(yu)“引力弹弓(gong)效应”,从而为球状(zhuang)星团 M15中心存在中等质量黑洞提供了有力的动力学证(zheng)据。

黑洞领域这项重磅发现(xian)研究由中国科(ke)学院国家天文台/中国科(ke)学院大学黄样副(fu)教授联手同事和中国科(ke)学院云南天文台、北京大学等合作(zuo)伙伴共同完成,相关成果论文已作(zuo)为封面文章在最新一期学术期刊《国家科(ke)学评论》发表(biao)。

黄样表(biao)示,随着盖亚空间望远镜(jing)、郭守敬望远镜(jing)等地面大规模(mo)光谱巡天数据的不断积累,预计(ji)在不久的将来至少还能发现(xian)数颗J0731+3717一样从球状(zhuang)星团中弹射出来的高速星,这将极大推动对“神秘”中等质量黑洞的理解。

通(tong)过两种(zhong)方式形成

在宇宙中,由大质量恒星死(si)亡形成的恒星级黑洞(例如让(rang)霍金‘认赌服输’的天鹅座X-1)和存在于(yu)每个(ge)大型星系中心的超大质量黑洞(如银河系中心的Sgr A*)早已为人所知。然而,质量介于(yu)二者之间的中等质量黑洞通(tong)常被(bei)认为是恒星级黑洞成长为超大质量黑洞的关键中间环(huan)节,但(dan)目前(qian)只发现(xian)少数存在争(zheng)议的候选体,也(ye)让(rang)这类黑洞究竟是否存在备受关注。

传统速度弥(mi)散曲线和脉冲(chong)星计(ji)时法(左)与高速星溯源轨道法(右)搜寻区域的对比(bi)。中国科(ke)学院国家天文台 供图

黄样指出,球状(zhuang)星团被(bei)认为是中等质量黑洞最理想的潜藏场(chang)所。由于(yu)球状(zhuang)星团中心极高的恒星密度,中等质量黑洞可以通(tong)过两种(zhong)方式形成:一是恒星的反复并合形成一个(ge)(超)大质量恒星后,再塌缩(suo)成中等质量黑洞(快速模(mo)式);二是一些恒星级小黑洞的反复并合,形成一个(ge)中等质量黑洞(慢速模(mo)式)。

过往研究引发质疑

早在21世纪(ji)初,科(ke)学家们就利用哈勃空间望远镜(jing)(HST)搭载的超高空间分辨率的太空望远镜(jing)影像摄谱仪对球状(zhuang)星团M15进行观测(ce),并得出M15中心可能存在一个(ge)重达1700至3200倍太阳(yang)质量的中等质量黑洞,但(dan)该结果发表(biao)后引发诸多质疑,认为该观测(ce)范(fan)围内除中等质量黑洞外,还可能有数千颗致密星。

近年来,科(ke)学家利用哈勃空间望远镜(jing)历年来拍(pai)摄的500余幅图像,在半(ban)人马座欧米伽星团中发现(xian)7颗束缚的高速星。这一发现(xian)被(bei)解释为可能需要一个(ge)中等质量黑洞来束缚这些恒星,但(dan)同样面临无法排除为一群致密星的可能性。

如何找到有效的方法在距(ju)离球状(zhuang)星团中心尽可能近的位置探测(ce)中等质量黑洞,因此成为确定中等质量黑洞存在证(zheng)据链(lian)的最后一环(huan)。

证(zheng)据链(lian)的最后一环(huan)

为解决上(shang)述困境,研究团队提出利用中等质量黑洞可以撕开紧邻它们快速绕转密近双星的“引力弹弓(gong)效应”,来限制中心质量的集中范(fan)围。他们通(tong)过对盖亚空间望远镜(jing)、郭守敬望远镜(jing)等数据发现(xian)的近千颗高速星及银河系中百余个(ge)球状(zhuang)星团进行详细的轨道回溯,研究发现(xian)一颗高速星J0731+3717在约2000万(wan)年前(qian)以接近550千米每秒的超高速度从球状(zhuang)星团M15中弹射而出。同时,该高速星还有着与球状(zhuang)星团M15高度一致的化学丰度和年龄。

高速星J0731+3717与球状(zhuang)星团M15的轨道关联(a)、化学关联(b)与年龄关联(c)。中国科(ke)学院国家天文台 供图

黄样指出,自球状(zhuang)星团中弹射如此高速的恒星,就需要一个(ge)密近双星从数千个(ge)太阳(yang)质量的中等质量黑洞的一个(ge)天文单位附近经过时被(bei)强大的潮(chao)汐力撕开,一颗星被(bei)黑洞捕获(huo),而另外一颗星则被(bei)高速弹出。这个(ge)独特的发现(xian)利用“引力弹弓(gong)效应”首次把数千个(ge)太阳(yang)质量限制在几个(ge)天文单位之内,不可能是数千个(ge)中子星/恒星级黑洞,而只能是一个(ge)黑洞,即M15中心确实(shi)存在一个(ge)中等质量黑洞。

因此,这项研究通(tong)过发现(xian)首颗因球状(zhuang)星团中“引力弹弓(gong)效应”弹射的高速星 J0731+3717,打通(tong)了中等质量黑洞存在证(zheng)据链(lian)的最后一环(huan)。(完)

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