哈勃在欧米茄半人马座发现20年搜寻中首个”失踪”黑洞
日期: 2026-07-14
精选图片: [欧米茄半人马座球状星团的哈勃图像；图片来源：NASA、ESA和哈勃SM4 ERO团队]
经过二十年的搜寻，使用哈勃太空望远镜的天文学家终于找到了一个理论认为应遍布欧米茄半人马座核心的”失踪”黑洞。欧米茄半人马座是银河系中质量最大的球状星团。
这项发表在《天体物理杂志通讯》上的发现证实了该星团中预计存在约1万个恒星质量黑洞的预测是真实的。天文学家此前一直无法找到它们，因为大多数黑洞处于静止状态，不发射任何可探测的X射线或无线电波。这项新发现依靠一种此前从未在球状星团中用于寻找黑洞的技术：精密天体测量学，通过测量一颗恒星在23年间的微小引力摆动来发现黑洞。
“这是一个令人难以置信的激动人心的结果，”该研究的主要作者、犹他大学的本科研究员马修·惠特克说。”多年来，我们知道黑洞应该在那里，但就是看不到它们。”
20年的数据积累
被命名为oMEGACat BH-2的黑洞质量为太阳的4.46倍，稳稳地处于恒星质量范围内，远高于已知最大中子星质量（约2.08个太阳质量）。其伴星是一颗0.78个太阳质量的主序转折星，轨道高度偏心，周期为94年。
这一发现得益于oMEGACat项目，该项目使用哈勃的高级巡天相机和广角相机3，在2002年至2023年间对欧米茄半人马座进行了351次成像。研究团队以亚像素精度测量了140万颗恒星的位置，寻找看不见的大质量伴星的微妙迹象。2024年和2025年詹姆斯·韦伯太空望远镜的两个额外观测时期延长了基线并提高了精度。智利甚大望远镜上的MUSE仪器确认了该恒星属于这个星团。
这个黑洞最初被标记为天体测量异常，其恒星在天空中描绘出一条弯曲的路径，揭示了一个看不见的伴星的引力牵引。这对双星在其偏心轨道的最近点,,近星点附近被捕捉到，使团队能够仅从部分轨道就约束出质量。
为什么黑洞”失踪”了？
欧米茄半人马座距离地球约18,000光年，包含约1,000万颗恒星，被认为是银河系吸积的一颗矮星系被剥离的核心。恒星演化模型预测，在星团120亿年历史的早期，从死亡的大质量恒星中应该形成了数万个黑洞。
然而，此前从未有过直接探测。之前的搜索依赖于X射线和无线电观测，这些方法只有在黑洞积极吞噬附近气体时才有效。古老球状星团中的大多数黑洞都处于静止状态，早已耗尽了可用的物质。视向速度巡天不切实际，因为轨道周期是以几十年为单位，而不是几天或几年。2021年哈勃对球状星团NGC 6397的研究通过黑洞对周围恒星的引力影响发现了黑洞的集中存在，但无法分辨单个天体。
令人惊讶的特性
这个黑洞比模型为欧米茄半人马座贫金属环境预测的要轻。4.46个太阳质量挑战了低金属丰度恒星只产生大质量黑洞的假设。这对双星也几乎肯定不是原始配对，而是通过密集星团核心的动力学相互作用组装而成的，这是球状星团中大多数黑洞双星的预期形成渠道。
这对双星也出奇地脆弱。其结合能相对于星团的速度弥散度较低，意味着它将在大约8亿年内被瓦解，与星团的年龄相比这是一个很短的时间。它的发现在某种程度上是幸运的。
恒星墓地的新窗口
这一发现验证了天体测量学作为在密集恒星环境中寻找静止黑洞的强大新工具。该技术可应用于其他球状星团，而未来的观测设施，如南希·格雷斯·罗曼太空望远镜，凭借其对银河系核球进行的宽场高分辨率巡天，有望发现更多这样的双星。
像欧米茄半人马座这样的球状星团被认为是产生LIGO和Virgo可探测到的引力波的黑洞双星合并的主要场所。找到为这些合并提供燃料的个体黑洞是理解其种群的关键一步。
欧米茄半人马座还在其中心拥有一个疑似约8,200个太阳质量的 intermediate-mass 黑洞，由同一团队于2024年报告。因此，该星团包含了质量尺度截然不同的黑洞，使其成为研究黑洞形成、动力学和宇宙时间演化的独特实验室。
婷 翻译