哈勃望远镜在家附近寻找中等大小的黑洞

使用NASA / ESA哈勃太空望远镜的天文学家已经提出了他们所说的一些最好的证据，证明存在一类罕见的中等大小的黑洞，他们发现了一个强大的候选者潜伏在离地球最近的球状星团的中心，位于6光年之外。

就像太空结构中的强烈引力坑洞一样，几乎所有的黑洞似乎都有两种尺寸：小的和巨大的。据估计，我们的银河系散落着100亿个由爆炸恒星产生的小黑洞(太阳质量的几倍)。整个宇宙充斥着超大质量黑洞，重量是我们太阳质量的数百万或数十亿倍，位于星系中心。

一个长期寻找的缺失环节是一个中等质量的黑洞，重量大约是我们太阳质量的100到100万倍。它们将如何形成，它们会在哪里闲逛，为什么它们看起来如此罕见?

天文学家已经使用各种观测技术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3年帮助发现的215022XMM J4.055108-2020和1年发现的HLX-2009——位于其他星系的郊区。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。

放眼近一点，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，在2008年，哈勃天文学家宣布在球状星团Omega Centauri中怀疑存在中等质量黑洞。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，并不排除其他理论。

哈勃的独特能力现在已经被用来瞄准球状星团梅西耶4号(M4)的核心，以比以前的搜索更高的精度进行黑洞狩猎。“没有哈勃，你就无法做这种科学，”马里兰州巴尔的摩太空望远镜科学研究所的爱德华多·维特拉尔(Eduardo Vitral)说，他曾是巴黎天体物理学研究所(IAP，索邦大学)在法国巴黎，发表在皇家天文学会月刊上的一篇论文的主要作者。

Vitral的团队已经探测到一个可能的中等质量黑洞，大约是800个太阳质量。可疑物体看不到，但它的质量是通过研究在其引力场中捕获的恒星的运动来计算的，就像蜜蜂在蜂巢周围成群结队一样。测量它们的运动需要时间和精度。这就是哈勃望远镜完成当今其他望远镜无法做到的事情的地方。天文学家观察了哈勃望远镜12年的M4观测结果，并确定了精确的恒星。

欧空局的盖亚宇宙飞船也为这一结果做出了贡献，扫描了6000多颗恒星，限制了星团的全球形状及其质量。哈勃的数据倾向于排除这个物体的替代理论，例如一个紧凑的中心星团，如中子星等未分辨的恒星残骸，或者相互旋转的较小黑洞。

“使用最新的盖亚和哈勃数据，不可能区分恒星残骸的黑暗群体和单个更大的点状源，”Vitral说。“因此，一种可能的理论是，这个黑暗的质量可能是一个中等大小的黑洞，而不是许多独立的小黑暗物体。

“我们非常有信心，我们有一个非常小的区域，有很多集中的质量。它比我们之前在其他球状星团中发现的最密集的暗质量小三倍，“他继续说道。“当我们考虑到在星团中心隔离的黑洞，中子星和白矮星的集合时，该区域比我们可以通过数值模拟重现的区域更紧凑。它们无法形成如此紧凑的质量集中。

一组紧密结合的对象将是动态不稳定的。如果该物体不是一个中等质量的黑洞，那么估计需要40个较小的黑洞挤在一个只有十分之一光年直径的空间中才能产生观察到的恒星运动。后果是它们会在星际弹球游戏中合并和/或被弹出。

“我们测量恒星的运动及其位置，并应用物理模型来重现这些运动。我们最终测量了星团中心的暗质量延伸，“Vitral说。“越接近中心质量，恒星的移动就越随机。而且，中心质量越大，这些恒星速度就越快。

由于球状星团中的中等质量黑洞是如此难以捉摸，维特拉尔警告说：“虽然我们不能完全肯定它是一个中心重力点，但我们可以证明它非常小。它太小了，我们无法解释，除了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。

“科学很少是在一瞬间发现新事物。这是关于一步一步地变得更加确定结论，这可能是确保中等质量黑洞存在的一步，“盖亚任务科学家Timo Prusti解释说。“盖亚数据发布3关于银河系中恒星正常运动的数据在这项研究中至关重要。未来的盖亚数据发布，以及哈勃和詹姆斯韦伯太空望远镜的后续研究可能会进一步阐明。

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