填补黑洞演化“缺失的一环”：我国科学家发现银河系中心或藏匿中等质量黑洞 - 世界杯下注

由北京天文馆副研究员郑晓晨博士领导的国际科研团队，通过大规模数值模拟，首次建立了统一的动力学模型，为银河系中心可能存在中等质量黑洞提供了迄今最有力的动力学证据。该研究成果已于 6 月 29 日刊载于《天体物理学报》。

这项研究关注的是围绕银河系中心超大质量黑洞——人马座 A*（Sgr A）运行的三组年轻恒星。人马座 A* 的质量约为太阳的 400 万倍。在其约 0.04 秒差距（约 0.13 光年）的极近距离内，是轨道扁长且倾角随机的 S 星团。稍远一些，在约 0.04 至 0.5 秒差距（约 1.6 光年）范围内，约五分之一的年轻恒星形成了一个轨道近乎共面、顺时针旋转的恒星盘。而在更外围，则分布着轨道倾角各异、同样扁长的“离盘星”。

令天文学家长期不解的是，这三群恒星的年龄惊人地一致，都在 600 万至 1500 万年之间。根据传统的恒星动力学理论，恒星间的引力相互作用改变轨道形态所需时间长达数十亿年。这些“同龄”恒星如何在如此短暂的时间内演化出截然不同的轨道形态，一直是个谜。

研究团队提出了一个新颖的解释：这三群恒星可能源自同一原生气体盘，并将它们塑造成如今形态的，是位于银心附近、质量约为太阳 1 万倍的一个中等质量引力源，这很可能是一个理论上预测的罕见中等质量黑洞。

为验证此猜想，团队利用中山大学王龙教授开发的开源 N 体模拟软件 PeTar，并在清华大学的高性能计算平台上进行了大规模数值模拟。模拟结果表明，只有在该中等质量引力源的持续扰动下，三组恒星的轨道分布特征才能在数百万年内被同时重现。

研究进一步阐释了该“引力推手”如何通过三重动力学机制塑造了这三组恒星。首先，该倾斜的引力源通过“古在效应”（von Zeipel-Lidov-Kozai effect），周期性地激发外围恒星轨道的偏心率与倾角，将它们“甩”向更远处，形成了离盘星。

其次，随着原生气体盘的消散，“扫荡性久期共振”（SSR）机制驱动共振位置由外向内扫描，在保持倾角的同时激发偏心率，形成了相对规整的顺时针盘星。

最后，在靠近中心的区域，被前两种机制激发出高偏心率的恒星进入内区，极大地加速了 S 星团内部的引力相互作用，从而在极短时间内形成了我们今天观察到的、轨道混乱的 S 星团。

研究团队指出，目前最有可能的候选体是银心附近一个名为 IRS 13 的年轻致密星团。尽管该星团中心是否存在中等质量黑洞仍有争议，但此项研究为其提供了强有力的动力学支持。

这一发现的意义深远，它不仅解释了一个局部现象，还为理解中等质量黑洞（质量介于 100 至 10 万倍太阳质量之间）作为恒星级黑洞向超大质量黑洞演化过程中“缺失的一环”提供了线索。此前，天文学家仅发现过少数几个有争议的中等质量黑洞候选体。

该研究还提出了一个可供未来检验的精确预测：在 S 星团的轨道进动中，应存在一个由中等质量黑洞引力引起的额外分量，这超出了广义相对论效应本身。

随着中国空间站巡天望远镜（CSST）等高精度观测设备投入使用，这些预测有望得到直接验证，届时银河系中心这位隐藏的“幕后推手”的真实身份或将揭晓。