天文学家利用哈勃太空望远镜20多年的数据以及最近的詹姆斯·韦布太空望远镜的数据，发现了ω天皇星的第一颗恒星质量黑洞，这颗黑洞有一个可见的恒星伴星，且以更大的细节显示。（图片来源：欧洲航天局，NASA，Maximilian Häberle (MPIA)，Joseph DePasquale (STScI)）发现的第一颗黑洞是ω天皇星球团中失踪的1万个黑洞之一，这得益于哈勃和詹姆斯·韦布太空望远镜的合作。两个观测站在观察到一颗围绕某个巨大的黑暗物体旋转的星星后，发现了这颗黑洞，这个物体因此无法被看到。哈勃的数据覆盖了2003年至2023年，而詹姆斯·韦布太空望远镜在此后接手，帮助精确测量。天文学家将空间望远镜聚焦于一个二元系统中特定的恒星，这颗恒星似乎是另一个黑暗物体oMEGACat BH-2的家。先前的研究曾建议这个黑暗物体是一个中子星。然而，新结果是决定性的：该物体的质量是太阳的4.46倍。这太过于沉重，不能是中子星，所以它必然是一个黑洞。ω天皇星是我们银河系中质量最大的球状星团。它如此巨大，以至于天文学家怀疑它实际上是一个矮星系的核心，该星系因银河的引力捕食而失去了大部分恒星，经过亿万年时间从ω天皇星撕扯而去。尽管如此，ω天皇星仍包含大约1000万颗恒星，总体位于距离地球18,000光年处。2024年，使用哈勃太空望远镜的天文学家发现了确凿的证据，表明一个中等质量黑洞——一个质量大约为我们太阳8200倍的黑洞——潜伏在ω天皇星的中心，加强了其作为矮星系残余的主张，因为星系在其中心拥有黑洞，但星团通常没有。尽管如此，在这个中等质量黑洞旁边还应该有大约10,000个其他的恒星质量黑洞，它们是由大质量恒星的超新星爆炸所诞生的。搜索集中在围绕紧凑物体旋转的二元系统，但直到现在，天文学家一无所获。现在，由犹他大学的Matthew Whitaker领导的一个团队，通过仔细筛选20年的哈勃观测数据，加上JWST的额外支持视角，首次揭示出ω天皇星中恒星质量黑洞的存在。Whitaker的团队使用了一种称为天体测量法的技术，即测量恒星在通过空间移动时不断变化的位置。尽管黑洞本身是黑暗的，但它被一颗质量为太阳78%的普通恒星所环绕。多亏了哈勃和JWST前所未有的视野，Whitaker和他的同事们能够追踪这颗恒星围绕黑洞的运动。结果发现，这颗恒星在黑洞周围的轨道周期为94年，这是发现的由恒星质量黑洞和恒星组成的二元系统中分离距离最远的。在那个20年的时间段内，哈勃只观察到这颗恒星轨道总圈的不到四分之一，但正好与这颗恒星最接近黑洞的时刻重合，此时恒星的运动速度更快。基于该运动，Whitaker的团队能够测量黑洞对恒星施加的引力场强度，并从中计算出黑洞的质量。ω天皇星球团的图像。（图片来源：欧洲航天局，NASA，Maximilian Häberle (MPIA)，Joseph DePasquale (STScI)）“这些测量的精度是惊人的，甚至可以精确到哈勃和韦布探测器上的一个像素的一小部分，”Whitaker在声明中表示。“没有这两个太空望远镜，我们就无法找到这个黑洞。”鉴于这颗恒星围绕黑洞的轨道如此广阔，黑洞的引力捕获了这颗恒星，发生在它靠近时。这种状态不会永远持续下去；在另一个十亿年内，星团拥挤环境中的其他恒星可能会将黑洞的伴星掠夺走。然而，oMEGACat BH-2的质量确实似乎异常，因为它低于预期。oMEGACat BH-2的质量存在于一个在过去11年引力波探测中才变得明显的空白区域。这些引力波是由恒星质量黑洞合并产生的，但质量在太阳质量的2.5倍（中子星的理论极限）和5倍之间的黑洞在引力波事件中显得格外稀缺。然而oMEGACat BH-2就在这个质量缺口中。“了解球状星团中的黑洞群体非常重要，因为对于它们的物理和形成仍存在不确定性，”犹他大学的Anil Seth说。