科技日报记者 陆成宽
记者21日从中国科学院国家天文台获悉，基于盖亚卫星、郭守敬望远镜（LAMOST）以及多个光谱巡天的观测数据，我国天文学家在银河系球状星团中发现了一颗被弹射而出的恒星，其弹射速度高达550公里/秒。他们分析认为，如此高的逃逸速度，很可能是该星团中心存在中间质量黑洞。这一发现为“存在中等质量黑洞”提供了新证据。相关研究成果以封面文章的形式发表于《国家科学评论》。
来自球状星团的逃逸之星：中等质量黑洞存在证据链的最后一环艺术想象图（喻京川设计）。国家天文台供图
宇宙中存在两种已知类型的黑洞：大质量恒星坍缩形成的恒星级黑洞和位于星系中心的超大质量黑洞。然而，质量介于两者之间的中等质量黑洞却始终未被确证。它们本应是恒星级黑洞成长为超大质量黑洞的必经阶段，但天文学家至今只找到几个存疑的候选体。
天文学家认为，球状星团最可能孕育中等质量黑洞。这些星团中心密集的恒星，能让大量恒星碰撞合并形成中等质量黑洞。20年前，哈勃空间望远镜观测到，球状星团M15中心可能存在一个1700-3200倍太阳质量的黑洞，但该结果发布后，许多天文学家提出了质疑。他们认为观测数据来自距M15中心5200倍日地距离的范围内，那里可能聚集着数千颗致密星，而非单个黑洞。
近年来，科学家在另一个星团中发现7颗高速运转的恒星，推测这些恒星可能与中等质量黑洞有关，但它们仍离星团中心超过1000倍日地距离。“因此，如何找到有效的方法，在距离球状星团中心尽可能近的位置探测中等质量黑洞，成为确定中等质量黑洞存在证据链的最后一环。”论文共同第一作者兼通讯作者、中国科学院国家天文台/中国科学院大学副教授黄样说。
为破解这一难题，研究团队想到，若中等质量黑洞存在，当它与邻近的双星系统近距离相遇时，其强大的引力会像弹弓一样，将双星系统中的一颗恒星高速弹射出去。他们借助盖亚卫星和郭守敬望远镜等观测数据，筛查出近千颗高速飞奔的恒星以及银河系中百余个球状星团，意外发现编号为J0731+3717的恒星在2000万年前，以每秒550公里的速度从球状星团M15中弹射而出。
有趣的是，这颗被弹飞的恒星还携带了与M15完全一致的化学成分和年龄特征。天文学家计算，要让恒星达到这种极速，必须有一个相当于2000个太阳质量的物体在距离它仅1倍日地距离的位置施加引力。“这个位置上不可能挤满上千颗中子星或小黑洞，唯一合理的解释就是，这里潜伏着一个中等质量黑洞。”黄样说，这一发现就像在星团中心抓到了正在作案的“宇宙弹弓手”，打通了中等质量黑洞存在证据链的最后一环。
