IT之家 2 月 27 日消息，中國(guó)科學(xué)院今日宣布，國(guó)家天文臺(tái)聯(lián)合多家科研機(jī)構(gòu)，通過(guò)追蹤銀河系球狀星團(tuán) M15 中一顆以 550 公里 / 秒超高速逃逸的高速星 J0731+3717，首次為中等質(zhì)量黑洞的存在提供了直接動(dòng)力學(xué)證據(jù)。
該團(tuán)隊(duì)基于歐洲航天局蓋亞空間探測(cè)器和我國(guó)郭守敬望遠(yuǎn)鏡（LAMOST）的數(shù)據(jù)，分析近千顆高速星以及銀河系百余個(gè)球狀星團(tuán)的軌道演化，發(fā)現(xiàn)高速星 J0731+3717 約 2000 萬(wàn)年前以接近 550km/s 的超高速度從球狀星團(tuán) M15 中被彈射。
這一極高的彈射速度可能源于“引力彈弓”效應(yīng)，為 M15 中心存在中等質(zhì)量黑洞提供了動(dòng)力學(xué)證據(jù)。相關(guān)研究成果于今年 2 月作為封面文章發(fā)表于《國(guó)家科學(xué)評(píng)論》，標(biāo)志著黑洞演化理論的重大突破。
中等質(zhì)量黑洞（約 103-10?倍太陽(yáng)質(zhì)量）被認(rèn)為是恒星級(jí)黑洞（約 10-100 倍太陽(yáng)質(zhì)量）成長(zhǎng)為星系級(jí)超大質(zhì)量黑洞（約 10?-101?倍太陽(yáng)質(zhì)量）的關(guān)鍵中間形態(tài)。此前科學(xué)界僅發(fā)現(xiàn)少數(shù)爭(zhēng)議性候選體，此次發(fā)現(xiàn)打通了黑洞演化證據(jù)鏈的“最后一環(huán)”。
研究團(tuán)隊(duì)基于歐洲航天局蓋亞空間望遠(yuǎn)鏡（Gaia）和我國(guó)郭守敬望遠(yuǎn)鏡（LAMOST）數(shù)據(jù)，回溯了 J0731+3717 的軌道演化路徑。該恒星 2000 萬(wàn)年前以 550 公里 / 秒速度（相當(dāng)于 2 分鐘繞地球赤道 1.7 圈）從 M15 彈射，其化學(xué)豐度、年齡與 M15 高度一致，排除了其他天體相互作用的可能性。
通過(guò) N 體數(shù)值模擬，團(tuán)隊(duì)提出：密近雙星系統(tǒng)在靠近中等質(zhì)量黑洞（約 1700-3200 倍太陽(yáng)質(zhì)量）時(shí)，被潮汐力撕裂。一顆恒星被黑洞捕獲，另一顆則通過(guò)引力彈弓效應(yīng)加速逃逸。此過(guò)程將數(shù)千倍太陽(yáng)質(zhì)量限制在數(shù)個(gè)天文單位內(nèi)，排除中子星群的可能性，確認(rèn)為單一黑洞。
值得一提的是，郭守敬望遠(yuǎn)鏡累計(jì)獲取超千萬(wàn)條恒星光譜，構(gòu)建全球最大光譜數(shù)據(jù)庫(kù)，為高速星溯源提供關(guān)鍵支撐。此次成果也是中國(guó)首次在銀河系內(nèi)發(fā)現(xiàn)中等質(zhì)量黑洞鐵證，打破西方在黑洞觀測(cè)領(lǐng)域的主導(dǎo)地位。
未來(lái)，隨著歐洲航天局蓋亞空間探測(cè)器和我國(guó)郭守敬望遠(yuǎn)鏡等地面大規(guī)模光譜巡天數(shù)據(jù)的積累，該團(tuán)隊(duì)預(yù)計(jì)能夠發(fā)現(xiàn)更多猶如 J0731+3717 一樣從球狀星團(tuán)中彈射出來(lái)的高速星，有望提高科學(xué)家對(duì)中等質(zhì)量黑洞的認(rèn)知。
IT之家附論文地址：
https://doi.org/10.1093/nsr/nwae347
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