天文學家在仙女座大星系中探測到可能的中等質量黑洞

宇宙中有許多「恆星質量」黑洞，質量達數十倍的太陽質量，是由大質量恆星坍縮而成。還有更容易被觀察到的「超大質量」黑洞，質量為數百萬至數十億倍於太陽，座落於星系的中心，形成的原因尚未釐清。由於兩者質量差距巨大，基本上恆星質量黑洞沒有足夠的時間演化成宇宙早期就存在的超大質量黑洞。而有一種論點認為，形成超大質量黑洞的種子介於10²到10⁵個太陽質量之間，它們也就是「中等質量」黑洞。

儘管可能是超大質量黑洞演化的重要關鍵，但中等質量黑洞還沒有得到觀測的證實。測量黑洞質量的最佳方法是觀察其周圍恆星的運動，此方法卻不適用於中等質量黑洞，因為它們的重力影響範圍比超大質量黑洞小，也不像恆星質量黑洞有伴星的行為做觀察。中等質量黑洞存在的真實性是科學家近年不斷努力的方向。

最近有研究團隊利用哈勃太空望遠鏡與雙子星天文台的光譜儀，研究位於仙女座大星系（M31）中質量最大的星團B023-G078，藉由恆星的運動分析星團中心緻密的大質量天體是否為中等質量黑洞。團隊使用一種稱為珍氏各向異性模擬（Jeans anisotropic modeling）的方法，計算星團內數個恆星的速度，這取決於中心物體的質量與大小。找出的最佳擬合模型質量為9x10⁴個太陽質量，完全就是中等質量黑洞的範圍！

但研究團隊也不能排除中心的質量是由多個恆星質量黑洞產生，使用更高解析度的光譜儀將能加以驗證。而B023-G078星團中恆星的金屬豐度分佈廣泛，團隊認為它可能是一個與仙女座合併的小星系後的殘餘，形成被剝離的核星團（nuclear star cluster）。結合恆星豐度的觀測與恆星速度擬合出的中心質量，研究團隊傾向認為該星團中確實存在一個中等質量黑洞！

【圖：美國利物浦約翰摩爾斯大學；文：節錄自台北市立天文科學教育館網頁】研究全文刊登在2022年1月11日出版的《天體物理學報》；標題是：Detection of a 100,000 M⊙ black hole in M31's Most Massive Globular Cluster: A Tidally Stripped Nucleus