“缺失”的中等质量黑洞

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翻译：甘林

校译：遠山真理

审阅：牧夫天文校对组

美编：余家劲

后台：李子琦

https://www.nao.ac.jp/news/science/2024/20240531-cfca.html

目前观测到的黑洞大多分为质量小于太阳100倍的小型黑洞或质量超过太阳10万倍的超大质量黑洞。长期以来，科学家们一直在讨论介于这两者之间、质量在太阳数百倍到数万倍之间的“中等质量黑洞”的存在。特别是质量在太阳数千倍的中等质量黑洞。由于缺乏观测证据，人们对其在宇宙中的形成地点和形成方式仍然充满疑问。

本文中的研究团队正通过新的模拟技术和天文学专用超级计算机“阿特鲁伊II”来试图揭秘这一缺失环节。其关键也许在于星团内的恒星合并。

可视化：武田隆显（Vasa Entertainment株式会社）

图片来源：藤井通子、武田隆显

模拟中展示了正在形成中的球状星团。每一个蓝白色的点都代表着星团中的一颗星，而其周围的“薄雾”则代表星际气体。星际气体的颜色表示温度，暗色部分代表低温气体（分子云），亮色部分代表高温气体。

被认为可能存在中等质量黑洞的天体之一是“球状星团”。球状星团是由数百万颗由于引力聚集在一起的恒星以球状分布的天体，有观测结果显示其中心可能存在中等质量黑洞。

在球状星团中形成黑洞，需要发生“失控合并”现象，即恒星不断合并和碰撞，最终形成非常重的恒星。那么，失控合并是如何发生的呢？为了探究这一过程，可以使用计算机模拟来再现星团中每颗恒星的运动。然而，由于计算机的计算能力和计算算法的限制，迄今为止，还未能再现形成中的星团内失控合并的模拟。

为了解决这个问题，东京大学的藤井通子副教授及其研究团队开发了一种新的计算方法，将星团演化模拟的代码与流体模拟的代码结合起来。此外，通过使用日本国立天文台运营的超级计算机“阿特鲁伊II”进行计算，首次实现了再现每颗恒星运动的球状星团的形成模拟。该方法能够在星际气体中准确地再现超过一百万颗恒星的运动，并且在合理的计算时间内完成模拟。

通过使用这种方法模拟从分子云中诞生星团的过程，结果表明，在形成中的星团内发生了恒星之间的失控合并，最终形成了质量约为太阳1万倍的超大质量恒星。根据恒星演化理论计算，这种形成的超大质量恒星预计会演变成质量为太阳3000到4000倍的中等质量黑洞。

本研究通过证实在球状星团中可以形成质量为太阳数千倍的中等质量黑洞，填补了恒星质量黑洞和超大质量黑洞之间的缺失环节。因此，本研究不仅展示了中等质量黑洞的一种形成过程，还对理解尚未完全解明的超大质量黑洞的形成过程具有重要意义。

责任编辑：甘林

牧夫新媒体编辑部

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图中的白色圆圈为哈勃空间望远镜发现的中等质量黑洞3XMM J215022.4−055108，质量约为太阳的50,000倍。

图片来源：NASA, ESA and D. Lin (University of New Hampshire)

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