最新研究指出，銀河系 6 千光年遠的球狀星團 M4 中心，可能有個質量太陽 800 倍的中等質量黑洞。中等質量黑洞仍是天文學謎團，迄今對這些中等質量黑洞的了解多數仍間接且不確定，M4 球狀星團中心的黑洞也不例外。這篇研究利用哈伯太空望遠鏡（Hubble Space Telescope，HST）與蓋亞望遠鏡（Gaia）巡天資料，仔細追蹤星團約 6 千顆恆星運動，計算結果顯示中心可能藏著質量為太陽 800 倍的中等質量黑洞，儘管仍無法完全確定。
天文學家早就確認相當多黑洞，質量分布非常極端：太陽100倍以下恆星級黑洞，以及太陽數百萬至10億倍的超大質量黑洞。兩個極端之間，幾乎沒有任何中等質量黑洞，究竟是宇宙真的沒有中等質量黑洞，或它們確實存在，但因某種原因使天文學家無法探測到呢？天文學界已了解恆星級質量黑洞形成原因，主要來自大質量恆星核心塌縮或緻密天體的合併等現象，但對超大質量黑洞形成仍然有多疑問。究竟超大質量黑洞是藉許多恆星級黑洞合併形成，或另有形成途徑？中等質量黑洞顯然是個線索，或許可為恆星級黑洞合併成超大質量黑洞的中間過程。
▲ 哈伯太空望遠鏡拍攝的M4球狀星團的中心區域。（Source：NASA）
M4是距離地球最近的球狀星團之一，有些天文學家推論中等質量黑洞可能就藏身球狀星團中心。球狀星團是由極密集、超過10萬至100萬顆恆星組成的球形外觀星團，多數恆星是從同個星雲、同時間形成。以往球狀星團研究發現中心質量密度相當高，符合中等質量黑洞的範圍。一般來說，若黑洞沒有積極吸積周遭物質，一般觀測並不容易發現它們，但黑洞的重力影響周圍恆星軌道的線索相當可靠。
研究團隊運算各種模型，排除星團中心由許多黑洞聚在一起的可能性，也證實有大量質量集中很小區域，雖然仍無法完全確定是單獨天體重力造成，但可證明它非常非常小。若沒有全新未知恆星類型或未知天體物理學解釋，中等質量黑洞是最有可能的解釋。研究人員建議持續使用哈伯望遠鏡和韋伯太空望遠鏡更多觀察M4球狀星團，以確定恆星於星團運動的情形。研究將刊登於7月《皇家天文學會月報》（Monthly Notices of the Royal Astronomical Society，MNRAS）。
（本文由 台北天文館 授權轉載；首圖為天蝎座M4球狀星團，來源：ESO）
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