宇航局的哈勃望远镜在家附近寻找中等大小的黑洞
天文学家使用宇航局的 哈勃太空望远镜 提出了他们所说的一些迄今为止最好的证据，证明存在一种罕见的“中等大小”黑洞，这种黑洞可能潜伏在离地球最近的球状星团的中心, 位于 6,000 光年之外。
就像空间结构中强烈的引力坑洞一样，几乎所有的黑洞似乎都有两种尺寸：小的和巨大的。据估计，我们的银河系散布着 1 亿个由恒星爆炸产生的小黑洞(质量是太阳的几倍)。整个宇宙充满了超大质量黑洞，其质量是太阳质量的数百万或数十亿倍，并且存在于星系中心。
一个长期寻找的缺失环节是一个中等质量的黑洞，其质量介于 100 到 100,000 个太阳质量之间。它们是如何形成的，它们会在哪里闲逛，为什么它们看起来如此罕见?
天文学家通过各种观测技术发现了 其他可能的中等质量黑洞。两个最佳候选者—— 哈勃望远镜在 2020 年帮助发现的3XMM J215022.4−055108和 HLX-1，在 2009 年发现——位于其他星系外围的密集星团中。这些可能的黑洞中的每一个都具有数万个太阳的质量，并且可能曾经位于矮星系的中心。NASA 的钱德拉 X 射线天文台也帮助做出了许多可能的中间黑洞发现， 包括 2018 年的一个大样本。
在离家更近的地方观察，在围绕我们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， 2008 年，哈勃天文学家宣布在球状星团半人马座欧米茄中怀疑存在一个中等质量的黑洞。由于多种原因，包括需要更多数据，这些和其他中等质量黑洞的发现仍然没有定论，并且不排除其他理论。
哈勃的独特能力现在已被用于对球状星团 Messier 4 (M4) 的核心进行归零，以比以前的搜索更精确地搜寻黑洞。马里兰州巴尔的摩太空望远镜科学研究所的 Eduardo Vitral 说：“如果没有哈勃，你就无法进行这种科学研究，”他是一篇即将发表在《皇家天文学会月刊》上的论文的主要 作者。
Vitral 的团队探测到一个可能的中等质量黑洞，其质量约为 800 个太阳质量。无法看到可疑物体，但它的质量是通过研究陷入其引力场中的恒星运动来计算的，就像蜜蜂在蜂巢周围蜂拥而至。测量它们的运动需要时间，而且需要很高的精度。哈勃望远镜在这里完成了当今其他望远镜无法做到的事情。天文学家查看了哈勃 12 年的 M4 观测值，并解析了精确定位的恒星。
他的团队估计 M4 中的黑洞可能是太阳质量的 800 倍。哈勃的数据倾向于排除该物体的替代理论，例如中子星等未解决的恒星残余物的紧凑中央星团，或相互旋转的较小黑洞。
“我们非常有信心，我们有一个非常小的区域，里面有很多集中的质量。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大约三倍，”Vitral 说。“当我们考虑到在星团中心分离的黑洞、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再现的区域更紧凑。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。如果该物体不是单个中等质量黑洞，估计需要 40 个较小的黑洞挤在一个只有十分之一光年宽的空间中才能产生观测到的恒星运动。结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，并应用物理模型来尝试重现这些运动。我们最终测量了星团中心的暗质量扩展，”Vitral 说。“离中心质量越近，恒星的移动就越随机。而且，中心质量越大，这些恒星的速度就越快。”
由于球状星团中的中等质量黑洞一直难以捉摸，Vitral 警告说，“虽然我们不能完全确定它是一个引力中心点，但我们可以证明它非常小。它太小了，我们无法除了它是一个黑洞之外，还有其他解释。或者，可能存在一种我们根本不知道的恒星机制，至少在当前物理学中是这样。”
哈勃太空望远镜是NASA和ESA的国际合作项目。位于马里兰州格林贝尔特的宇航局戈达德太空飞行中心负责管理该望远镜。位于马里兰州巴尔的摩的太空望远镜科学研究所 (STScI) 进行哈勃和韦伯科学操作。STScI 由位于华盛顿特区的大学天文学研究协会为 NASA 运营
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