黑洞正在推動球狀星團周圍的恆星？
【博科園-科學科普-留言評論有驚喜哈】球狀星團，因其外形類似球形而得名。由成千上萬甚至數十萬顆恆星組成，外貌呈球形，越往中心恆星越密集。球狀星團里的恆星平均密度比太陽周圍的恆星密度高數十倍，而它的中心附近則要大數萬倍。同一個球狀星團內的恆星具有相同的演化歷程，運動方向和速度都大致相同，它們很可能是在同時期形成的。它們是銀河系中最早形成的一批恆星，有約100億年的歷史。
星團ngc3201圍繞一個黑洞旋轉的概念圖，其質量大約是太陽質量的四倍。圖片版權：ESO/L. Cal?ada
自17世紀首次觀察到球狀星團以來，天文學家就一直著迷於球狀星團。這些球狀星團是宇宙中最古老的恆星系統之一，可以追溯到早期宇宙，那時星系剛剛開始生長和演化。這樣的星系團圍繞著大多數星系的中心軌道運行，已知超過150個星系僅屬於銀河系。其中一個星團被稱為ngc3201，它位於Vela南部，距離大約16300光年。最近，一個天文學家小組在智利的帕拉爾天文台使用了ESO的超大望遠鏡(VLT)，研究了這個星團，並發現了一些非常有趣的現象。
根據他們發布的研究，這個星團似乎有一個黑洞嵌入其中。這項研究發表在《皇家天文學會月刊》上，標題是「球狀星團ngc3201中一個分離的恆星質量黑洞候選體」。這項研究由喬治-奧古斯特大學的本傑明·吉斯爾領導，包括利物浦約翰摩爾斯大學、倫敦瑪麗女王大學、萊頓天文台、天體物理和空間科學研究所、蘇黎世聯邦理工學院和萊布尼茲天體物理研究所(AIP)。
研究團隊依靠VLT上的多單元光譜探測儀器來觀察ngc3201。這種儀器的獨特之處在於它允許天文學家同時測量數千顆遙遠恆星的運動。在觀察過程中研究小組發現，其中一顆星團的恆星以每小時幾百公里的速度被拋出（在一段167天的時間內）。正如Giesers在ESO新聞稿中解釋的那樣：它的軌道是完全看不見的，它的質量是太陽的四倍多——這隻能是一個黑洞，第一個發現在球狀星團中通過直接觀察它的引力。
這一發現相當出人意料，這是天文學家第一次能夠探測到球狀星團中心的一個不活躍的黑洞——這意味著它目前沒有吸積物質，也沒有被熾熱的氣體盤包圍。他們還可以通過測量黑洞周圍的恆星運動來估計黑洞的質量，從而推斷出黑洞的巨大引力。根據觀測到的特性，快速移動的恆星的質量大約是太陽質量的0.8倍，黑洞的質量大約是太陽質量的4.36倍。這是在「恆星質量黑洞」類別中，這類恆星的質量超過了中子星的最大質量，但小於超大質量黑洞(SMBHs)存在於大多數星系的中心。
這一發現意義重大，不僅因為這是天文學家第一次觀測到球狀星團中的恆星質量黑洞。此外這也證實了科學家們幾年來一直在懷疑的事情，這要歸功於最近對球狀星團的無線電和x射線研究以及對重力波信號的檢測。這表明在球狀星團中黑洞比之前認為的更常見。直到最近人們還認為幾乎所有的黑洞都會在短時間內從球狀星團中消失，而這樣的系統根本不存在！發現是首次直接發現球狀星團中恆星質量黑洞的引力效應。
這一發現有助於理解球狀星團的形成和黑洞和雙星系統的演化——在理解引力波源的背景下至關重要。這個發現也很重要，因為黑洞和球狀星團之間的關係仍然是一個神秘的，但非常重要的關係。由於他們的高質量、緊湊的體積和巨大的年齡，天文學家相信星系團在宇宙的歷史進程中產生了大量的恆星質量黑洞。因此這一發現可以告訴我們許多關於球狀星團、黑洞和引力波事件起源的信息。
知識：科學無國界，博科園-科學科普
參考：ESO, MNRAS
作者：Matt Williams
內容：「博科園」判定符合今主流科學
來自：Universe Today
編譯：中子星
審校：博科園
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