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 - mk.com

由北京天文馆副研究员郑晓晨博士领导的一个国际团队，通过详尽的数值模拟，首次建立了一个连贯的动力学模型，为银河系中心可能存在一个中等质量黑洞提供了迄今为止最扎实的动力学证据。这项研究成果于 6 月 29 日刊载于《天体物理学报》。

该研究聚焦于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* 的质量大约是太阳的 400 万倍。在其极近距离，约 0.04 秒差距（相当于 0.13 光年）处，分布着轨道高度扁长且倾角随机的 S 星团。稍远一些，在 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近乎共面的顺时针旋转的恒星盘。而在更外围，则散布着轨道倾角各异、同样呈扁长形态的“离盘星”。

让天文学家长期感到困惑的是，这三组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需要数十亿年才能显著改变轨道形态。这些“同龄”恒星如何在如此短暂的时间内演化出如此迥异的轨道特征，一直是一个未解之谜。

研究团队提出了一种新的解释：这三组恒星可能源自同一片原生气体盘。将它们塑造成如今不同轨道形态的，是一个隐藏在银心附近、质量约为太阳 1 万倍的引力源。这个引力源很可能是理论预言中极为罕见的中等质量黑洞。

为验证此假设，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，只有在这一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可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”如何通过一种三重奏式的动力学机制，逐步塑造了今日所见的这三组恒星。首先，这个倾斜的引力源通过“古在效应”（von Zeipel-Lidov-Kozai effect），周期性地激发外部恒星轨道的偏心率和倾角，将其“甩”向更远，形成了离盘星。

其次，随着原生气体盘的逐渐消散，“扫荡性久期共振”（SSR）机制导致共振区域由外向内移动，在保持倾角的同时激发偏心率，从而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“点燃”的高偏心率恒星进入内区后，极大地加速了 S 星团内部的引力相互作用，从而在极短的时间内形成了我们今天看到的、轨道混乱的 S 星团。

研究团队指出，这个神秘的中等质量引力源最可能的候选者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存争议，但此项研究为其提供了强有力的动力学证据。

这一发现的意义远超局部现象的解释。中等质量黑洞（质量介于 100 到 10 万倍太阳质量之间）被认为是恒星级黑洞演化为星系中心超大质量黑洞过程中的“缺失一环”，此前仅发现过少数几个存在争议的候选体。

该研究还提供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，该分量将超越广义相对论效应本身的贡献。

随着中国空间站巡天望远镜（CSST）等高精度观测设备未来投入运行，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”的真实面目或将最终揭晓。