意外發現：哈勃太空望遠鏡發現了小黑洞的集中

科學家原本希望 在球狀星團NGC 6397的心臟處發現一個中等質量的 黑洞，但相反，他們發現了潛伏在其中的較小黑洞集中的證據。來自NASA / ESA 哈勃太空望遠鏡的新數據  導致對核心塌陷的球狀星團中黑洞集合的範圍進行了首次測量。

球狀星團是非常密集的恆星系統，其中的恆星緊密堆積在一起。它們通常也很老-本研究的重點球狀星團NGC 6397幾乎與宇宙本身一樣古老。它位於距離地球7800光年的地方，使其成為距離地球最近的球狀星團之一。由於其非常密集的核，因此被稱為核心塌陷的簇。

這個古老的恆星珠寶盒，被稱為NGC 6397的球狀星團，在成千上萬顆恆星的光芒下閃閃發光。天文學家使用NASA / ESA哈勃太空望遠鏡測量了7800光年遠處星團的距離。NGC 6397是距離地球最近的球狀星團之一。星團的藍星快要壽終正寢了。這些恆星用盡了氫燃料，使它們發光。現在，他們正在將氦氣轉化為能量，這些能量在更高的溫度下融合併呈現藍色。發出紅色光芒的是紅色巨星，它們消耗了氫燃料並且尺寸不斷擴大。無數的白色小物體包括像我們的太陽這樣的恆星。該圖像由2004年7月至2005年6月使用哈勃望遠鏡的高級調查相機拍攝的一系列觀測值組成。研究團隊使用哈勃的廣角相機3來測量到星團的距離。致謝：NASA，ESA和T. Brown和S. Casertano（STScI），致謝：NASA，ESA和J. Anderson（STScI）

當巴黎天體科學研究所的Eduardo Vitral和Gary A. Mamon著手研究NGC 6397的核心時，他們期望找到“中等質量”黑洞（IMBH）的證據。它們比位於大星系核心的超大質量黑洞小，但比由大質量恆星坍塌形成的恆星質量黑洞大。IMBH是黑洞演化中長期尋求的“缺失環節”，儘管已經發現了一些候選物質，但它們的存在卻受到了激烈的爭論（例如，參見 ^[1]）。

球狀星團NGC 6397的地面圖像。提供者：D。Verschatse（智利安蒂爾維比天文台）

為了尋找IMBH，Vitral和Mamon分析了星團恆星的位置和速度。他們使用ESA蓋亞空間天文台提供的適當運動（精確地測量恆星的位置，距離和運動），並使用了以前從恆星 經過數年^[3]的哈勃影像估計的恆星運動^[2]進行的估算。星。知道到星團的距離可以使天文學家將這些恆星的正確運動轉化為速度。 

“我們的分析表明，恆星的軌道在整個球狀星團中幾乎是隨機的，而不是系統地呈圓形或非常細長，”馬蒙解釋說。

“我們發現了非常有力的證據，證明該星團的密集中心區域存在不可見的質量，但是我們驚訝地發現，這種額外的質量不是點狀的，而是擴展到了星團大小的百分之幾，” Vitral補充說。

這種看不見的成分只能由大質量恆星的殘餘物（白矮星，中子星和黑洞）組成，這些恆星的核燃料一旦耗盡，其內部區域就會在重力作用下坍塌。在與附近較小質量的恆星發生引力相互作用之後，恆星逐漸沉入星團的中心，導致可見質量集中的程度很小。借助恆星演化理論，科學家得出結論：大部分看不見的濃度是由恆星質量的黑洞組成的，而不是白矮星或中子星，它們太微弱而難以觀察。

科學家原本希望在球狀星團NGC 6397的心臟處發現一個中等質量的黑洞，但相反，他們發現了潛伏在其中的較小黑洞集中的證據。來自NASA / ESA哈勃太空望遠鏡的新數據導致對核心塌陷的球狀星團中黑洞集合的範圍進行了首次測量。圖片來源：ESA / Hubble，N。Bartmann

最近的兩項研究還提出，恆星殘留物，尤其是恆星質量的黑洞，可能會填充球狀星團的內部區域。

Vitral說：“我們的研究是第一個發現，它提供了質量和程度，這些質量和程度似乎是核心塌陷的球狀星團中大部分是黑洞的集合。”

圖為NGC 6397球狀星團周圍的區域。圖片來源：ESA / Hubble，數字化天空調查2.鳴謝：Davide De Martin

“如果沒有哈勃數據約束星團內部區域和蓋亞數據約束外星的軌道形狀，那麼我們的分析將是不可能的，而後者又間接地約束了外星的前景星和背景星的速度。內蒙地區”，Mamon補充說，這是國際合作的典範。

天文學家還注意到，這一發現提出了一個問題，即這些緊密堆積的黑洞在核心塌陷的球狀星團中的合併是否可能是 最近由激光干涉儀引力波天文台（LIGO）實驗檢測到的引力波的重要來源 。

參考：“ NGC 6397是否包含中等質量的黑洞或更彌散的內部子集群？” 由Eduardo Vitral和Gary A. Mamon撰寫，2021年2月11日，《 天文學與天體物理學》。

https://www.sci-nature.vip/2021/02/unexpected-discovery-hubble-space.html