IT 之家 2 月 27 日消息，中國科學院今日宣布，國家天文台聯合多家科研機構，通過追蹤銀河系球狀星團 M15 中一顆以 550 公裏 / 秒超高速逃逸的高速星 J0731+3717，首次爲中等質量黑洞的存在提供了直接動力學證據。
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餘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，爲 M15 中心存在中等質量黑洞提供了動力學證據。相關研究成果于今年 2 月作爲封面文章發表于《國家科學評論》，标志着黑洞演化理論的重大突破。
中等質量黑洞（約 10³-10 ⁵倍太陽質量）被認爲是恒星級黑洞（約 10-100 倍太陽質量）成長爲星系級超大質量黑洞（約 10 ⁶ -10¹ ⁰倍太陽質量）的關鍵中間形态。此前科學界僅發現少數争議性候選體，此次發現打通了黑洞演化證據鏈的 " 最後一環 "。
研究團隊基于歐洲航天局蓋亞空間望遠鏡（Gaia）和我國郭守敬望遠鏡（LAMOST）數據，回溯了 J0731+3717 的軌道演化路徑。該恒星 2000 萬年前以 550 公裏 / 秒速度（相當于 2 分鍾繞地球赤道 1.7 圈）從 M15 彈射，其化學豐度、年齡與 M15 高度一緻，排除了其他天體相互作用的可能性。
通過 N 體數值模拟，團隊提出：密近雙星系統在靠近中等質量黑洞（約 1700-3200 倍太陽質量）時，被潮汐力撕裂。一顆恒星被黑洞捕獲，另一顆則通過引力彈弓效應加速逃逸。此過程将數千倍太陽質量限制在數個天文單位内，排除中子星群的可能性，确認爲單一黑洞。
值得一提的是，郭守敬望遠鏡累計獲取超千萬條恒星光譜，構建全球最大光譜數據庫，爲高速星溯源提供關鍵支撐。此次成果也是中國首次在銀河系内發現中等質量黑洞鐵證，打破西方在黑洞觀測領域的主導地位。
未來，随着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。
IT 之家附論文地址：
https://doi.org/10.1093/nsr/nwae347
