中國科學(xué)家首次發(fā)現(xiàn)中等質(zhì)量黑洞直接證據(jù)，破解百年宇宙謎題黑洞演化理論重大突破

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2025-02-28 09:29:39 IT之家

中國科學(xué)院國家天文臺聯(lián)合多家科研機構(gòu)，通過追蹤銀河系球狀星團 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力學(xué)證據(jù)。

研究團隊基于歐洲航天局蓋亞空間探測器和我國郭守敬望遠(yuǎn)鏡（LAMOST）的數(shù)據(jù)，分析了近千顆高速星以及銀河系百余個球狀星團的軌道演化。他們發(fā)現(xiàn)高速星 J0731+3717 約 2000 萬年前以接近 550 公里/秒的速度從球狀星團 M15 中被彈射出來。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《國家科學(xué)評論》，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?倍太陽質(zhì)量）被認(rèn)為是恒星級黑洞（約 10-100 倍太陽質(zhì)量）成長為星系級超大質(zhì)量黑洞（約 10?-101?倍太陽質(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)爭議性候選體，此次發(fā)現(xiàn)打通了黑洞演化證據(jù)鏈的重要環(huán)節(jié)。

研究團隊回溯了 J0731+3717 的軌道演化路徑。該恒星 2000 萬年前以 550 公里/秒的速度從 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 N 體數(shù)值模擬，團隊提出：密近雙星系統(tǒng)在靠近中等質(zhì)量黑洞（約 1700-3200 倍太陽質(zhì)量）時，被潮汐力撕裂。一顆恒星被黑洞捕獲，另一顆則通過引力彈弓效應(yīng)加速逃逸。此過程將數(shù)千倍太陽質(zhì)量限制在數(shù)個天文單位內(nèi)，排除了中子星群的可能性，確認(rèn)為單一黑洞。

郭守敬望遠(yuǎn)鏡累計獲取超千萬條恒星光譜，構(gòu)建了全球最大的光譜數(shù)據(jù)庫，為高速星溯源提供了關(guān)鍵支撐。此次成果是中國首次在銀河系內(nèi)發(fā)現(xiàn)中等質(zhì)量黑洞的確鑿證據(jù)，打破了西方在黑洞觀測領(lǐng)域的主導(dǎo)地位。

未來，隨著歐洲航天局蓋亞空間探測器和我國郭守敬望遠(yuǎn)鏡等地面大規(guī)模光譜巡天數(shù)據(jù)的積累，該團隊預(yù)計能夠發(fā)現(xiàn)更多類似 J0731+3717 的高速星，有望提高科學(xué)家對中等質(zhì)量黑洞的認(rèn)知。

(責(zé)任編輯：于浩淙 zx0176)

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