M4球状星团中心藏着一个中等质量黑洞？

最新研究指出，银河系 6 千光年远的球状星团 M4 中心，可能有个质量太阳 800 倍的中等质量黑洞。中等质量黑洞仍是天文学谜团，迄今对这些中等质量黑洞的了解多数仍间接且不确定，M4 球状星团中心的黑洞也不例外。这篇研究利用哈伯太空望远镜（Hubble Space Telescope，HST）与盖亚望远镜（Gaia）巡天资料，仔细追踪星团约 6 千颗恒星运动，计算结果显示中心可能藏着质量为太阳 800 倍的中等质量黑洞，尽管仍无法完全确定。

天文学家早就确认相当多黑洞，质量分布非常极端：太阳100倍以下恒星级黑洞，以及太阳数百万至10亿倍的超大质量黑洞。两个极端之间，几乎没有任何中等质量黑洞，究竟是宇宙真的没有中等质量黑洞，或它们确实存在，但因某种原因使天文学家无法探测到呢?天文学界已了解恒星级质量黑洞形成原因，主要来自大质量恒星核心塌缩或致密天体的合并等现象，但对超大质量黑洞形成仍然有多疑问。究竟超大质量黑洞是藉许多恒星级黑洞合并形成，或另有形成途径?中等质量黑洞显然是个线索，或许可为恒星级黑洞合并成超大质量黑洞的中间过程。

哈伯太空望远镜拍摄的M4球状星团的中心区域。（Source：NASA）

M4是距离地球最近的球状星团之一，有些天文学家推论中等质量黑洞可能就藏身球状星团中心。球状星团是由极密集、超过10万至100万颗恒星组成的球形外观星团，多数恒星是从同个星云、同时间形成。以往球状星团研究发现中心质量密度相当高，符合中等质量黑洞的范围。一般来说，若黑洞没有积极吸积周遭物质，一般观测并不容易发现它们，但黑洞的重力影响周围恒星轨道的线索相当可靠。

研究团队运算各种模型，排除星团中心由许多黑洞聚在一起的可能性，也证实有大量质量集中很小区域，虽然仍无法完全确定是单独天体重力造成，但可证明它非常非常小。若没有全新未知恒星类型或未知天体物理学解释，中等质量黑洞是最有可能的解释。研究人员建议持续使用哈伯望远镜和韦伯太空望远镜更多观察M4球状星团，以确定恒星于星团运动的情形。研究将刊登于7月《皇家天文学会月报》（Monthly Notices of the Royal Astronomical Society，MNRAS）。