巨大的球状星团 Omega Centauri 多年来让天文学家困惑。它应该充满了由爆炸恒星留下的黑洞，但有关黑洞的证据却很稀少。现在，天文学家们利用来自美国宇航局哈勃太空望远镜的档案数据和来自美国宇航局詹姆斯·韦伯太空望远镜的支持观测，终于在这个星团中找到了第一个恒星质量黑洞。发现缺失的黑洞群体中的第一个，将有助于改进目前有关黑洞在像 Omega Centauri 这样环境中形成的理论。该研究团队的发现已于周一发表在《天体物理学期刊快报》上。Omega Centauri 由 1000 万颗引力束缚的恒星组成。尽管天文学界以前曾利用哈勃发现其中心潜伏着一个中等质量黑洞的证据，但模型表明这个星团应该还包含约 10,000 个较小的恒星质量黑洞。这个显著的黑洞群体在以前的观测研究中未被发现，这些研究使用了径向速度法或寻找从黑洞坠落物质中发出的无线电和 X 射线辐射。这一新发现采用了一种不同的方法，称为天体测量学，来测量恒星随时间的微小运动。通过筛选超过 20 年的哈勃档案数据，并引入最近的韦伯数据以进一步完善他们的天体测量，团队发现一颗围绕一颗不可见物体旋转的恒星，其质量如此之大以至于它必须是一个黑洞。这颗被称为 oMEGACat BH-2 的黑洞是 Omega Centauri 中发现的第一个恒星质量黑洞，其特性让人惊讶。oMEGACat BH-2 的质量低于预期，且与其可见伴星的黑洞-恒星二元系统至今已知的最长轨道周期。“通过哈勃和韦伯数据，我们能够看到这颗可见主序星的运动，而它是这个二元系统的一部分，距离我们约 18,000 光年，处于 Omega Centauri 的密集环境中，”该论文的主要作者、犹他大学盐湖城的马修·维特克（Matthew Whitaker）表示。“这些测量的精度令人难以置信，甚至达到了哈勃和韦伯探测器上一个像素的一小部分。如果没有这两颗太空望远镜，我们就无法找到这个黑洞。”天文学家们发现了 Omega Centauri 中的第一个恒星质量黑洞，其伴星的细节显示得更加清晰。他们利用美国宇航局哈勃太空望远镜的超过 20 年的数据和美国宇航局詹姆斯·韦伯太空望远镜的最近数据进行发现。图像来源：欧洲空间局、NASA、马克西米连·哈伯尔（MPIA）、约瑟夫·德帕斯夸尔（STScI）。该团队的发现完善了另一组科学家的过去研究，该研究认为这个二元系统包括一个中子星。通过扩展早期研究的哈勃数据，结合 2002年到 2023年的哈勃天体测量档案数据，以及引入韦伯的近红外数据以提高精度，犹他大学的团队能够更好地限制可见恒星暗伴星的质量，排除了中子星的可能性。“虽然我们早已知道这颗恒星的质量为 0.78 个太阳质量，但现在我们可以计算出黑洞的质量，即 4.46 个太阳质量，因此绝对不可能是中子星。然而，其质量远低于在像 Omega Centauri 这样的贫金属环境中应该期待的值。这令人惊讶且令人兴奋，”该研究的共同作者、犹他大学的阿尼尔·塞斯（Anil Seth）表示。“我们现在知道，贫金属恒星能够形成这样的黑洞，我们需要弄清楚这是如何发生的。这一发现为从事这种建模工作的人提供了一些数据。”基于来自哈勃和韦伯的精确数据，团队能够绘制这颗恒星在 20 年多期间的路径，在其靠近黑洞伴侣时，它的移动速度最快。从大量的数据中，团队确定可见恒星围绕 oMEGACat BH-2 轨道运行一次每 94 年，成为已知的最长周期的黑洞二元系统。它的长轨道周期也为这个二元系统的起源提供了线索。它可能是动态形成的，这意味着这颗恒星和其黑洞伴侣并非一起形成，而是在这个星团中相遇。研究人员计算出，像 oMEGACat BH-2 这样的系统在不到十亿年内就会因与附近恒星的相遇而被撕裂，这一持续时间远短于星团的年龄（约 120 亿年）。“理解球状星团中的黑洞群体很重要，因为其物理特性和形成存在不确定性，”塞斯表示。“更具体地说，了解如何形成黑洞以及如何动态形成双星系统至关重要，因为这会影响我们解释和理解引力波事件的能力。像 Omega Centauri 这样的环境是我们认为二元系统形成的主要场所。