哈勃望远镜发现迄今为止最有力的中等质量黑洞证据

虽然从技术上讲，“看到”黑洞是不可能的，但天文学家们相当确定，它们以小型和超大型的形式存在。然而，被称为中等质量黑洞（IMBHs）的中间版本却出奇地难以捉摸。由于天文学家认为它们缺少连接最小和最大黑洞之间的重要环节，证实IMBHs的存在将对这些吞噬光线的巨兽的演化产生深远影响。

现在，包括新罕布什尔大学的Dacheng Lin在内的天文学家们正在重新审视他们2018年报道的可能存在的IMBH。凭借新的观测数据，研究人员认为他们候选的IMBH比以往发现的任何黑洞都更像一个中等大小的黑洞，其质量约为太阳的50,000倍。如果得到证实，这个IMBH候选者可能证明超大质量黑洞是随着时间的推移通过多次小型黑洞合并而缓慢形成的。

研究人员于3月31日在《天体物理学报快报》上发表了他们的最新研究结果。

追踪一个中等大小的黑洞

这个被命名为3XMM J215022.4-055108的疑似中等大小黑洞，在2006年首次引起天文学家的注意，当时他们探测到一个明亮的、高能的X射线闪光——这正是你可能预期黑洞吞噬恒星时会看到的现象，这被称为潮汐瓦解事件（TDE）。

黑洞并非特别挑剔的食客，但它们确实倾向于慢慢进食。这意味着天文学家可以追踪这个疑似TDE的X射线辉光演变十多年。然后，在2018年，他们使用了哈勃太空望远镜和欧洲空间局的XMM-Newton卫星来收集关于这个所谓的黑洞的更多细节。

中等质量黑洞是一个有趣的例子，天文学家们相信这类天体存在，但尚未能证明。有大量证据表明存在恒星质量黑洞，这是大质量恒星在其生命末期爆炸时产生的。同时，也有大量证据表明存在超大质量黑洞，包括去年事件视界望远镜拍摄的M87星系中心巨型黑洞的阴影图像。

虽然不同类型黑洞的确切定义因人而异，但恒星质量黑洞的质量从几倍到100倍太阳质量不等，它们大多分散在星系中。与此同时，它们的超大质量近亲则从数百万到数十亿倍太阳质量不等，并潜伏在大多数（如果不是全部）大星系的中心。

但是，恒星大小的黑洞是如何增长为超大质量黑洞的呢？天文学家认为，恒星质量黑洞通过吞噬周围的一切来生长——例如恒星、行星、星云和宇宙飞船（好吧，可能不是宇宙飞船）。通过狼吞虎咽，这些小型黑洞最终会进入新的重量级别，成为中等质量黑洞，其质量范围约为100到100万倍太阳质量。然而，难以确定这些中等大小黑洞的问题在于，它们已经吞噬了其局部邻域的一切，但它们又太小，无法从更大的星系环境中获取食物。

换句话说，它们遭受着经典的“中间孩子综合症”。它们很安静，很乖，因此不引人注意——至少在大多数时候是这样。

然而，极少数情况下，一颗恒星可能会过于靠近一个中等质量黑洞，其黑洞难以想象的强大引力会撕裂这颗恒星。当恒星物质像水绕着排水管旋转一样围绕着黑洞盘旋时，它们会剧烈地摩擦在一起，导致黑洞周围的吸积盘偶尔会发光。这些宇宙短暂的闪光是天文学家搜寻中等大小黑洞的主要方式，而这正是这些研究人员认为他们在3XMM J215022.4-055108上看到的。

证实一个中等质量黑洞

然而，为了验证他们怀疑的IMBH确实是一个黑洞，天文学家首先必须确保这些X射线不是由其他东西发射出来的，比如银河系中的中子星。但是，根据哈勃望远镜和XMM-Newton卫星的观测，研究人员相当确定他们的目标位于一个位于约8亿光年外一个星系外围的星团中。额外的X射线观测也支持了天文学家探测到一个黑洞撕裂恒星的理论，因为数据与这种信号预期会随时间衰减的模型相符。而且，据研究人员称，IMBH所在的星团实际上可能是被另一个更大的星系撕裂的一个矮星系的残骸。但这在宇宙中是很常见的。

寻找中等质量黑洞一直是一项艰巨的任务。Lin和他的团队不得不搜寻XMM-Newton望远镜多年的观测数据，以发现TDE的隐藏信号。即使在他们后续的工作之后，他们仍然认为他们的目标只是一个IMBH候选者，而不是中等大小黑洞存在的确凿证据。仍然有可能是什么其他东西导致了明亮的X射线爆发。但3XMM J215022.4-055108是迄今为止最令人信服的候选者之一。这意味着搜寻将继续下去。

研究团队成员、来自法国图卢兹大学的Natalie Webb在一份声明中说：“研究中等质量黑洞的起源和演化，最终将回答我们在巨型星系中心发现的超大质量黑洞是如何形成的。”

黑洞——宇宙中最极端的物体之一——如何从微小的恒星大小物体成长为统治星系的巨兽的奥秘远未解决。但如果这些结果得到证实，天文学家至少已经找到了解决这个谜题的重要一块。