球状星团的高速星为中等质量黑洞存在提供证据
球状星团的高速星为中等质量黑洞存在提供证据
近日，中国科学院国家天文台联合多家科研机构，通过分析高速星的运动轨迹，为中等质量黑洞的存在提供了新的直接证据。这一发现不仅填补了天体物理学中一个长期存在的知识空白，也为理解黑洞的形成和演化过程开辟了新的研究方向。
传统速度弥散曲线和脉冲星计时法（左）与高速星溯源轨道法（右）搜寻区域的对比
重大发现：高速星J0731+3717的神秘起源
研究团队基于欧洲航天局盖亚空间探测器和我国郭守敬望远镜（LAMOST）的数据，分析了近千颗高速星以及银河系中百余个球状星团的轨道演化。他们发现，一颗编号为J0731+3717的高速星在约2000万年前以接近550公里/秒的超高速度从球状星团M15中被弹射出来。
这一极高的弹射速度引起了科学家们的极大兴趣。通过进一步分析，研究团队发现J0731+3717不仅在轨道上与M15高度关联，而且在化学丰度和年龄上也与M15惊人地一致。这些证据表明，这颗高速星很可能是在M15中心经历了一次特殊的“引力弹弓”效应后被弹射出来的。
“引力弹弓”效应揭示中等质量黑洞的存在
“引力弹弓”效应是一种天体物理学现象，当一颗恒星或星系在接近一个大质量天体时，会因为引力作用而被加速或减速。在M15中心，研究团队推测存在一个质量介于1700至3200个太阳质量之间的中等质量黑洞。当一个密近双星系统从这个黑洞附近经过时，强大的潮汐力会将双星撕开：一颗星被黑洞捕获，而另一颗星则被高速弹出。
这种现象只能由一个单一的中等质量黑洞产生，而不可能是由一群中子星或恒星级黑洞造成的。因此，J0731+3717的发现为M15中心存在中等质量黑洞提供了直接的动态学证据。
未来展望：更多高速星的发现
随着欧洲航天局盖亚空间探测器和我国郭守敬望远镜等地面大规模光谱巡天数据的积累，研究团队预计能够发现更多类似J0731+3717这样的高速星。这些发现将有助于科学家们更深入地理解中等质量黑洞的性质和分布，为揭示宇宙中黑洞的形成和演化过程提供更多的线索。
这项研究成果已作为封面文章发表在《国家科学评论》上，题为《A high-velocity star recently ejected by an intermediate-mass black hole in M15》。
J0731+3717与M15的轨道关联（a）、化学关联（b）和年龄关联（c）