近日，中國科學院宣布了一項震撼天文學界的重大發(fā)現(xiàn)。國家天文臺攜手多家研究機構(gòu)，通過對銀河系球狀星團M15中一顆以驚人速度逃逸的恒星J0731+3717的追蹤研究，為中等質(zhì)量黑洞的存在提供了直接且強有力的動力學證據(jù)。
這項研究依托于歐洲航天局的蓋亞空間探測器和中國的郭守敬望遠鏡（LAMOST）所收集的數(shù)據(jù)。科研人員分析了近千顆高速星以及銀河系內(nèi)上百個球狀星團的軌道演化情況，最終鎖定了恒星J0731+3717。這顆恒星大約在2000萬年前，以接近550公里/秒的速度從M15星團中被彈射出來，這一速度相當于每2分鐘就能繞地球赤道飛行1.7圈。
如此高速的彈射現(xiàn)象，很可能源于“引力彈弓”效應(yīng)，這為M15星團中心存在中等質(zhì)量黑洞提供了關(guān)鍵的動力學線索。相關(guān)研究成果已在《國家科學評論》雜志上發(fā)表，并作為封面文章，標志著黑洞演化理論取得了重大進展。
中等質(zhì)量黑洞，其質(zhì)量介于恒星級黑洞和星系級超大質(zhì)量黑洞之間，是連接這兩類黑洞的關(guān)鍵橋梁。盡管科學界此前已發(fā)現(xiàn)一些爭議性的中等質(zhì)量黑洞候選體，但此次發(fā)現(xiàn)無疑為黑洞演化證據(jù)鏈填補了至關(guān)重要的“一環(huán)”。
研究團隊利用蓋亞和LAMOST的數(shù)據(jù)，詳細回溯了J0731+3717的軌道演化歷程。他們發(fā)現(xiàn)，這顆恒星的化學豐度和年齡與M15星團高度一致，這進一步排除了其他天體相互作用導(dǎo)致高速逃逸的可能性。通過N體數(shù)值模擬，團隊推測，一個密近雙星系統(tǒng)在靠近中等質(zhì)量黑洞時，被強大的潮汐力撕裂，其中一顆恒星被黑洞捕獲，而另一顆則通過引力彈弓效應(yīng)獲得極高速度并逃逸。
郭守敬望遠鏡在此次研究中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。它已累計獲取超過千萬條恒星光譜，構(gòu)建了全球最大的光譜數(shù)據(jù)庫，為高速星的溯源提供了不可或缺的支撐。此次發(fā)現(xiàn)不僅是中國首次在銀河系內(nèi)證實中等質(zhì)量黑洞的存在，也打破了西方在黑洞觀測領(lǐng)域的長期主導(dǎo)地位。
研究團隊還利用這些數(shù)據(jù)對J0731+3717的逃逸過程進行了深入剖析。他們發(fā)現(xiàn)，這一過程中數(shù)千倍太陽質(zhì)量被限制在數(shù)個天文單位內(nèi)，從而排除了中子星群的可能性，進一步確認了中等質(zhì)量黑洞的存在。
這一發(fā)現(xiàn)不僅豐富了我們對黑洞演化的理解，也為未來的天文學研究開辟了新的方向。隨著蓋亞空間探測器和郭守敬望遠鏡等先進觀測設(shè)備的持續(xù)運行和數(shù)據(jù)積累，科研人員有望發(fā)現(xiàn)更多類似J0731+3717的高速逃逸恒星，從而進一步揭示中等質(zhì)量黑洞的神秘面紗。
