IT之家 2 月 27 日消息，中国科学院今日宣布，国家天文台联合多家科研机构，通过追踪银河系球状星团 M15 中一颗以 550 公里 / 秒超高速逃逸的高速星 J0731+3717，首次为中等质量黑洞的存在提供了直接动力学证据。
该团队基于欧洲航天局盖亚空间探测器和我国郭守敬望远镜（LAMOST）的数据，分析近千颗高速星以及银河系百余个球状星团的轨道演化，发现高速星 J0731+3717 约 2000 万年前以接近 550km/s 的超高速度从球状星团 M15 中被弹射。
这一极高的弹射速度可能源于“引力弹弓”效应，为 M15 中心存在中等质量黑洞提供了动力学证据。相关研究成果于今年 2 月作为封面文章发表于《国家科学评论》，标志着黑洞演化理论的重大突破。
中等质量黑洞（约 10³-10⁵倍太阳质量）被认为是恒星级黑洞（约 10-100 倍太阳质量）成长为星系级超大质量黑洞（约 10⁶-10¹⁰倍太阳质量）的关键中间形态。此前科学界仅发现少数争议性候选体，此次发现打通了黑洞演化证据链的“最后一环”。
研究团队基于欧洲航天局盖亚空间望远镜（Gaia）和我国郭守敬望远镜（LAMOST）数据，回溯了 J0731+3717 的轨道演化路径。该恒星 2000 万年前以 550 公里 / 秒速度（相当于 2 分钟绕地球赤道 1.7 圈）从 M15 弹射，其化学丰度、年龄与 M15 高度一致，排除了其他天体相互作用的可能性。
通过 N 体数值模拟，团队提出：密近双星系统在靠近中等质量黑洞（约 1700-3200 倍太阳质量）时，被潮汐力撕裂。一颗恒星被黑洞捕获，另一颗则通过引力弹弓效应加速逃逸。此过程将数千倍太阳质量限制在数个天文单位内，排除中子星群的可能性，确认为单一黑洞。
值得一提的是，郭守敬望远镜累计获取超千万条恒星光谱，构建全球最大光谱数据库，为高速星溯源提供关键支撑。此次成果也是中国首次在银河系内发现中等质量黑洞铁证，打破西方在黑洞观测领域的主导地位。
未来，随着欧洲航天局盖亚空间探测器和我国郭守敬望远镜等地面大规模光谱巡天数据的积累，该团队预计能够发现更多犹如 J0731+3717 一样从球状星团中弹射出来的高速星，有望提高科学家对中等质量黑洞的认知。
IT之家附论文地址：
https://doi.org/10.1093/nsr/nwae347
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