缺失的環節——中等質量黑洞是否存在？哈勃望遠鏡找到了可靠的證據。

天文學家已經找到了一場宇宙謀殺案的罪魁禍首的最佳證據：一個“中等質量”的黑洞。它因為撕裂了一顆靠的太近的任性的恆星而暴露了自己的存在。

這個黑洞的質量大約是太陽的50，000倍，小於位於星系中心的超大質量黑洞（太陽質量的一百萬或者十億倍），但是大於由於大質量恆星坍塌形成的恆星質量黑洞。

中等質量黑洞是黑洞演化中長期尋找的一個“缺失的環節”。儘管還有幾個中等質量黑洞候選，研究人員認為，這些最新的觀測結果是迄今為止宇宙中存在中等大小黑洞最強有力的證據。

透過兩個X射線天文臺和NASA的哈勃太空望遠鏡敏銳的視野，我們確定了這隻宇宙巨獸的存在。

“中等質量黑洞是非常難以捉摸的物體，所以仔細考慮並排除候選天體的其他解釋非常重要的，這就是哈勃望遠鏡允許我們對我們的候選所做的，”來自新罕布什爾大學的林大成（音譯）說，他是這項研究的首席研究員。研究結果釋出在2020年3月31日的《天體物理學快報》上。

這個發現的故事像福爾摩斯系列小說，有為了抓住罪犯而一步一步仔細地立案調查的過程。

林大成和他的團隊用哈勃望遠鏡來追蹤NASA的錢德拉X射線天文臺和ESA（歐洲空間局）的多鏡面X射線空間望遠鏡（XMM牛頓望遠鏡）的線索。在2006年，這些衛星發現了一個強有力的X射線耀斑，但是他們不能確定它源於我們星系的內部還是外部。研究人員將其歸因於一顆接近引力強大的緻密物體（如黑洞）後被撕裂的恆星。

令人感到驚訝的是，這個被稱作3XMM J215022。4？055108的X射線源，並不處在大質量黑洞通常位於的位置：星系的中心。這使得中等質量黑洞的嫌疑增加了，但首先必須排除x射線耀斑的另一個可能來源：我們銀河系中的一顆被加熱到非常高的溫度後冷卻的中子星。

哈勃望遠鏡定位了X射線源的精確位置。深空高解析度的圖片提供了X射線並非產生於我們星系中的獨立源，而是產生於一顆遙遠的，位於另一個星系邊緣的高密度星團——就是那種天文學家期待能找到中等質量黑洞型別的星系。之前哈勃望遠鏡的研究已經證明了星系中心黑洞的質量與宿主星系（譯註：宿主星系指類星體寄寓於其中的星系。［1］）的中心核球（譯註：星系核球指星系中心恆星密集的橢球狀區域，典型尺度為幾千光年，主要成分是星族II天體。星系核位於其中央。［2］）成正比。換句話說，星系的質量越大，黑洞的質量就越大。

因此，3XMM J215022。4？055108位於的星團可能是一個低質量矮星系的被剝離的核心，該星系由於與當前較大的宿主星系的密切相互作用而受到引力和潮汐的干擾。

中等質量黑洞異乎尋常地難以尋找，這是因為他們比超大質量黑洞更小而，更不活躍；它們沒有充足的燃料來源，也沒有強大的引力吸引恆星和其他能產生作為指示的X射線的宇宙物質。天文學家需要抓住正在大快朵頤恆星的中等質量黑洞。林大成和他的同事在XMM牛頓望遠鏡的資料庫裡到處搜尋，在成百上千條觀測記錄裡尋找一箇中等質量黑洞的候選。

“恆星碎片發出的X射線使天文學家估測黑洞的質量相當於50，000個太陽。中等質量黑洞的質量的估測基於X射線的光度和譜形。這比以前對IMBH候選者單獨使用x射線光度要可靠得多。”林大成說，“我們之所以可以使用光譜匹配來估測我們中等質量黑洞的質量，是因為它的光譜演化表明它一直處於熱光譜狀態，這種狀態在吸積性恆星質量黑洞中很常見，也很容易理解。”

這個目標已經不是第一次被認為是一個可能中等質量黑洞候選了。在2009年，哈勃望遠鏡與NASA的雨燕天文臺和ESA的XMM牛頓望遠鏡確定了被認為是中等質量黑洞的東西——位於靠近ESO243-49星系邊緣的HLX1。它也位於一個年輕的、大質量的藍色星團的中心，這個星團可能是一個被剝離的矮星系核心。X射線來自黑洞周圍的熱吸積盤。“主要的區別在於我們的目標撕裂了一顆恆星，具有作為一個較大黑洞的強有力的證據，而不是如人們擔心之前的候選黑洞，包括HLX-1那樣，是恆星質量黑洞。”林說。

找到這顆中等質量黑洞打開了尋找黑暗中尚未被搜尋到的潛伏著的黑洞可能性的大門，等待著一顆靠得太近的恆星將它們的存在暴露出去。林計劃用已經被她的團隊證實有效的方法，繼續他細緻的偵查工作。很多問題尚待回答。中等質量黑洞會長成超大質量黑洞嗎？中等質量黑洞從何而來？高密度星團是它們最愛的家園嗎？

哈勃空間望遠鏡是NASA和ESA（歐洲空間局）的國際合作專案。NASA位於馬里蘭州，格林貝爾的戈達德航天中心控制著這臺望遠鏡。位於馬里蘭州巴爾的摩市的太空望遠鏡科學研究所（STScI）負責哈勃望遠鏡的科學操作。太空望遠鏡科學研究所是由位於華盛頓特區的大學天文學研究協會為NASA運作的。

橫幅圖片：這幅插圖描繪了一場正在進行的宇宙謀殺。一顆任性的恆星正被一個數萬倍太陽質量黑洞的強大引力撕裂。恆星殘骸在黑洞周圍形成了一個吸積盤。過熱氣體盤發出的x射線耀斑提醒了天文學家黑洞的位置；否則，它就不為人知地潛伏在黑暗中。這個難以捉摸的物體被歸類為中等質量黑洞（IMBH），因為它的質量比位於在星系中心的巨型黑洞要小得多。IMBHs大多是靜止的，因為它們不會吸收那麼多的物質，而且很難找到。哈勃的觀測提供了證據，證明IMBH位於一個稠密的星團中。星團本身可能是矮星系被剝離的核心。來源：NASA， ESA和D。 Player （STScI）

這張哈勃太空望遠鏡的影象確定了一箇中等質量黑洞的位置，它的質量是太陽的50000倍（這使得它比在星系中心發現的超大質量黑洞要小得多）。黑洞名為3XMM J215022。4？055108，用白色圓圈表示。

這種難以捉摸的黑洞型別首次被發現是在恆星被黑洞捕獲並摧毀時由熱氣體發射的x射線爆發中。哈勃望遠鏡在可見光下精確定位了黑洞的位置。哈勃的深空高解析度影象顯示，這個黑洞位於一個遠離我們銀河系的高密度星團中。星團位於影象中心的星系附近。影象周圍分佈著看起來小得多的背景星，包括位於前景中央星系上方的一個正面漩渦星系。這張照片是用哈勃高階巡天照相機拍攝的。

BY： Rob Garner

FY： 王蘊菁

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