半人馬座 ω 首見恆星級黑洞，揭開 120 億年星團面紗

銀河系最大的球狀星團半人馬座 ω（Omega Centauri）數十年來一直讓天文學家感到困惑。理論上，這裡應該存在大量由大質量恆星爆炸後留下的黑洞，但始終缺乏直接證據。如今，天文學家利用哈伯太空望遠鏡超過 20 年的典藏資料，以及詹姆斯‧韋伯太空望遠鏡的補充觀測，終於在這個星團中發現第一個恆星質量黑洞，命名為 oMEGACat BH-2。

半人馬座 ω 由約 1,000 萬顆恆星組成，雖然哈伯先前已發現其中心可能存在一個中等質量黑洞，但理論模型預測，整個星團中應還有約 1 萬個恆星質量黑洞，這也是天文學家長年尋找的「失蹤黑洞」。

這次研究並非直接看見黑洞，而是透過精確追蹤恆星的位置變化，間接找出它的存在。研究團隊利用哈伯太空望遠鏡超過 20 年的觀測資料，並結合詹姆斯‧韋伯太空望遠鏡的觀測，運用天體測量法（astrometry），追蹤半人馬座 ω 中一顆主序星 20 多年來在天空中的微小位置變化，發現它正環繞一個看不見、但質量極大的天體運行，而這個天體只能是黑洞。哈伯與韋伯太空望遠鏡的測量精度極高，即使相隔約 18,000 光年，仍能精確測量恆星在天空中的細微位移，因此若沒有它們，就不可能找到這個黑洞。

▲ 哈伯太空望遠鏡拍攝的球狀星團半人馬座 ω 影像，紅框與放大圖標示此次發現的恆星質量黑洞 oMEGACat BH-2 所在位置。（Source：ESA）

這項發現也帶來幾項出乎意料的結果。研究團隊將這個黑洞命名為 oMEGACat BH-2，它不僅是半人馬座 ω 中首次確認的恆星質量黑洞，其質量約為 4.46 個太陽質量，低於理論對金屬貧乏環境所預期形成的黑洞質量。此外，它與可見伴星組成的雙星系統，公轉週期長達 94 年，創下目前已知黑洞雙星系統最長的公轉週期。研究團隊重新分析 2002 至 2023 年的哈伯資料，並加入韋伯近紅外觀測，得以更精確測定這個看不見天體的質量，證實它並非先前推測的中子星，而是真正的黑洞。這項發現也顯示，即使是金屬含量極低的恆星，也能形成這類低質量黑洞，為黑洞形成理論提供了新的觀測證據。

這個黑洞雙星系統漫長的公轉週期，揭露了黑洞與伴星原本並非一起誕生，而是在球狀星團密集的環境中，經過長時間的重力交互作用後才配對成雙星。研究估算，像 oMEGACat BH-2 這樣的系統，存在不到 10 億年便可能受到附近恆星擾動而瓦解，遠短於半人馬座 ω 約 120 億年的年齡。這項發現不僅有助於了解球狀星團中黑洞雙星的形成過程，也證實半人馬座 ω 中確實存在天文學家長年尋找的恆星質量黑洞，為揭開這群「失蹤黑洞」之謎邁出重要一步。這項研究成果已發表於《The Astrophysical Journal Letters》(Whitaker et al. 2026)。