美国国家航空航天局哈勃望远镜寻找离家较近的中等大小黑洞

天文学家使用美国国家航空航天局的哈勃太空望远镜，提出了他们所说的迄今为止最好的证据，证明了一类罕见的“中等大小”黑洞的存在，该黑洞可能潜伏在距离地球最近的球状星团的中心，距离地球6000光年。

就像太空结构中强烈的引力坑一样，几乎所有的黑洞都有两种大小：小黑洞和大黑洞。据估计，我们的星系中散布着1亿个由恒星爆炸产生的小黑洞（质量是太阳的几倍）。整个宇宙充斥着超大质量黑洞，其质量是太阳质量的数百万或数十亿倍，分布在星系中心。

一个长期寻找的缺失环节是一个中等质量的黑洞，其质量在100至100000太阳质量之间。它们是如何形成的，在哪里闲逛，为什么它们看起来如此罕见？

哈勃太空望远镜拍摄的梅西耶4号球状星团的图像。这个星团是由几十万颗恒星组成的稠密星团。天文学家怀疑，一个中等质量的黑洞，重达太阳质量的800倍，潜伏在其核心，看不见。

天文学家通过各种观测技术已经确定了其他可能的中等质量黑洞。其中两个最佳候选者——哈勃在2020年帮助发现的3XMM J21502.24−055108和2009年发现的HLX-1——位于其他星系郊区的密集星团中。这些可能的黑洞中的每一个都有数万个太阳的质量，可能曾经是矮星系的中心。美国国家航空航天局的钱德拉X射线天文台也帮助发现了许多可能的中间黑洞，包括2018年的一个大样本。

在离家更近的地方，在围绕银河系运行的致密球状星团中发现了许多疑似中等质量黑洞。例如，2008年，哈勃天文学家宣布，半人马座欧米茄球状星团中疑似存在中等质量黑洞。由于许多原因，包括需要更多的数据，这些和其他中等质量黑洞的发现仍然没有定论，不排除其他理论。

哈勃望远镜的独特能力现在被用来瞄准球状星团梅西耶4（M4）的核心，以比以前更高的精度搜寻黑洞。马里兰州巴尔的摩太空望远镜科学研究所的Eduardo Vitral说：“没有哈勃，你就无法进行这种科学。”他是一篇将发表在《皇家天文学会月报》上的论文的主要作者。

维特拉的团队探测到一个可能的中等质量黑洞，大约有800太阳质量。这个疑似物体看不见，但它的质量是通过研究其引力场中恒星的运动来计算的，就像蜜蜂在蜂巢周围群集一样。测量它们的运动需要时间，而且需要很高的精度。这就是哈勃望远镜所能做到的。天文学家观察了哈勃望远镜12年来的M4观测结果，并确定了精确的恒星。

他的团队估计，M4中的黑洞质量可能高达太阳质量的800倍。哈勃的数据往往排除了该天体的替代理论，例如由中子星等未解决恒星残余组成的紧凑中心星团，或相互旋转的较小黑洞。

维特拉说：“我们很有信心，我们有一个非常小的区域，有很多集中的质量。它比我们以前在其他球状星团中发现的最密集的暗质量小大约三倍。”。“当我们考虑到聚集在星团中心的黑洞、中子星和白矮星时，这个区域比我们通过数值模拟所能复制的更紧凑。它们无法形成如此紧凑的质量浓度。”

一组紧密结合的对象在动态上是不稳定的。如果这个物体不是一个中等质量的黑洞，估计需要40个较小的黑洞挤在一个只有十分之一光年宽的空间里才能产生观测到的恒星运动。其后果是它们会在星际弹球游戏中合并和/或被弹出。

维特拉说：“我们测量恒星的运动及其位置，并应用物理模型试图再现这些运动。我们最终测量到星团中心的暗质量扩展。”。“离中心质量越近，恒星的运动就越随机。中心质量越大，恒星的速度就越快。”

维特拉警告说，因为球状星团中的中等质量黑洞一直很难以捉摸，“虽然我们不能完全肯定它是引力的中心点，但我们可以证明它非常小。它太小了，我们无法解释它是一个单一的黑洞。或者，可能存在一种我们根本不知道的恒星机制，至少在当前的物理学中是这样。”

哈勃太空望远镜是美国国家航空航天局和欧空局之间的国际合作项目。美国国家航空航天局位于马里兰州格林贝尔特的戈达德太空飞行中心管理着这架望远镜。马里兰州巴尔的摩的太空望远镜科学研究所（STScI）负责哈勃和韦布的科学操作。STScI由华盛顿特区特区大学天文研究协会为NASA运营。