天文学家：17000光年外有7颗怪星，共同守护着一个黑暗的秘密

半人马座欧米茄星团内可能有一个极为罕见的黑洞。

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。

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。

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