近日，中國科學(xué)院宣布了一項(xiàng)震撼天文學(xué)界的重大發(fā)現(xiàn)。國家天文臺(tái)攜手多家研究機(jī)構(gòu)，通過對(duì)銀河系球狀星團(tuán)M15中一顆以驚人速度逃逸的恒星J0731+3717的追蹤研究，為中等質(zhì)量黑洞的存在提供了直接且強(qiáng)有力的動(dòng)力學(xué)證據(jù)。

這項(xiàng)研究依托于歐洲航天局的蓋亞空間探測(cè)器和中國的郭守敬望遠(yuǎn)鏡（LAMOST）所收集的數(shù)據(jù)。科研人員分析了近千顆高速星以及銀河系內(nèi)上百個(gè)球狀星團(tuán)的軌道演化情況，最終鎖定了恒星J0731+3717。這顆恒星大約在2000萬年前，以接近550公里/秒的速度從M15星團(tuán)中被彈射出來，這一速度相當(dāng)于每2分鐘就能繞地球赤道飛行1.7圈。

如此高速的彈射現(xiàn)象，很可能源于“引力彈弓”效應(yīng)，這為M15星團(tuán)中心存在中等質(zhì)量黑洞提供了關(guān)鍵的動(dòng)力學(xué)線索。相關(guān)研究成果已在《國家科學(xué)評(píng)論》雜志上發(fā)表，并作為封面文章，標(biāo)志著黑洞演化理論取得了重大進(jìn)展。

中等質(zhì)量黑洞，其質(zhì)量介于恒星級(jí)黑洞和星系級(jí)超大質(zhì)量黑洞之間，是連接這兩類黑洞的關(guān)鍵橋梁。盡管科學(xué)界此前已發(fā)現(xiàn)一些爭(zhēng)議性的中等質(zhì)量黑洞候選體，但此次發(fā)現(xiàn)無疑為黑洞演化證據(jù)鏈填補(bǔ)了至關(guān)重要的“一環(huán)”。

研究團(tuán)隊(duì)利用蓋亞和LAMOST的數(shù)據(jù)，詳細(xì)回溯了J0731+3717的軌道演化歷程。他們發(fā)現(xiàn)，這顆恒星的化學(xué)豐度和年齡與M15星團(tuán)高度一致，這進(jìn)一步排除了其他天體相互作用導(dǎo)致高速逃逸的可能性。通過N體數(shù)值模擬，團(tuán)隊(duì)推測(cè)，一個(gè)密近雙星系統(tǒng)在靠近中等質(zhì)量黑洞時(shí)，被強(qiáng)大的潮汐力撕裂，其中一顆恒星被黑洞捕獲，而另一顆則通過引力彈弓效應(yīng)獲得極高速度并逃逸。

郭守敬望遠(yuǎn)鏡在此次研究中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。它已累計(jì)獲取超過千萬條恒星光譜，構(gòu)建了全球最大的光譜數(shù)據(jù)庫，為高速星的溯源提供了不可或缺的支撐。此次發(fā)現(xiàn)不僅是中國首次在銀河系內(nèi)證實(shí)中等質(zhì)量黑洞的存在，也打破了西方在黑洞觀測(cè)領(lǐng)域的長(zhǎng)期主導(dǎo)地位。

研究團(tuán)隊(duì)還利用這些數(shù)據(jù)對(duì)J0731+3717的逃逸過程進(jìn)行了深入剖析。他們發(fā)現(xiàn)，這一過程中數(shù)千倍太陽質(zhì)量被限制在數(shù)個(gè)天文單位內(nèi)，從而排除了中子星群的可能性，進(jìn)一步確認(rèn)了中等質(zhì)量黑洞的存在。

這一發(fā)現(xiàn)不僅豐富了我們對(duì)黑洞演化的理解，也為未來的天文學(xué)研究開辟了新的方向。隨著蓋亞空間探測(cè)器和郭守敬望遠(yuǎn)鏡等先進(jìn)觀測(cè)設(shè)備的持續(xù)運(yùn)行和數(shù)據(jù)積累，科研人員有望發(fā)現(xiàn)更多類似J0731+3717的高速逃逸恒星，從而進(jìn)一步揭示中等質(zhì)量黑洞的神秘面紗。