近日，中國科學院國家天文臺聯合多家科研機構，提出通過搜尋因“引力彈弓”效應（希爾機制）從球狀星團中被彈射的高速星，為“隱匿”已久的中等質量黑洞提供直接證據。該團隊基于歐洲航天局蓋亞空間探測器和我國郭守敬望遠鏡（LAMOST）的數據，分析近千顆高速星以及銀河系百余個球狀星團的軌道演化，發現高速星J0731+3717約2000萬年前以接近550km/s的超高速度從球狀星團M15中被彈射。這一極高的彈射速度可能源于“引力彈弓”效應，為M15中心存在中等質量黑洞提供了動力學證據。相關研究成果A high-velocity star recently ejected by an intermediate-mass black hole in M15作為封面文章，發表在《國家科學評論》上。
宇宙中，由大質量恒星死亡形成的恒星級黑洞以及存在于每個大型星系中心的超大質量黑洞已為人所知。通常，質量介于二者之間的中等質量黑洞被認為是恒星級黑洞成長為超大質量黑洞的關鍵中間環節，但目前只發現少數存在爭議的候選體。一直以來，這類黑洞究竟是否存在尚不清楚。
該研究結合N體數值模擬建模，估計M15中心可能存在一個重達1700至3200太陽質量的中等質量黑洞。但是，由于無法排除M15的中心為一群致密星的可能性，科學界無法確認這一成果。
該研究對歐洲航天局蓋亞空間探測器和我國郭守敬望遠鏡發現的近千顆高速星及銀河系中百余個球狀星團進行軌道回溯，發現一顆高速星J0731+3717在約2000萬年前以接近550km/s的超高速度從球狀星團M15中彈射而出。同時，J0731+3717有著與M15高度一致的化學豐度和年齡。
研究提出，自球狀星團中彈射如此高速的恒星，需要一個密近雙星從數千個太陽質量的中等質量黑洞的一個天文單位附近經過時被強大的潮汐力撕開，一顆星被黑洞捕獲，而另外一顆星則被高速彈出。這一發現利用“引力彈弓”效應把數千個太陽質量限制在幾個天文單位之內，因此不可能是數千個中子星/恒星級黑洞，而只能是一個黑洞，即M15中心存在一個中等質量黑洞。
上述研究發現了首顆因球狀星團中“引力彈弓”效應彈射的高速星J0731+3717，打通了中等質量黑洞存在證據鏈的最后一環。
未來，隨著歐洲航天局蓋亞空間探測器和我國郭守敬望遠鏡等地面大規模光譜巡天數據的積累，該團隊預計能夠發現更多猶如J0731+3717一樣從球狀星團中彈射出來的高速星，有望提高科學家對中等質量黑洞的認知。
論文鏈接
傳統速度彌散曲線和脈沖星計時法（左）與高速星溯源軌道法（右）搜尋區域的對比
J0731+3717與M15的軌道關聯（a）、化學關聯（b）和年齡關聯（c）
本文鏈接：球狀星團的高速星為中等質量黑洞存在提供證據http://www.sq15.cn/show-12-761-0.html
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