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 - 世界杯官网

由北京天文馆副研究员郑晓晨博士领导的一个国际科研小组，通过详尽的计算机模拟，首次建立了一个综合性的动力学模型。该模型为银河系中心可能隐藏着一个中等质量黑洞提供了迄今为止最扎实的动力学证据。这项突破性研究的成果已于 6 月 29 日刊载于《天体物理学报》。

研究的焦点在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。在其半径约 0.04 秒差距（约 0.13 光年）的极近范围内，存在着轨道极度扁长且倾角随机分布的 S 星团。稍远一些，在 0.04 至 0.5 秒差距（约 1.6 光年）的区域内，大约五分之一的年轻恒星构成了一个几乎共面的、顺时针旋转的恒星盘。而在更外围，则散布着轨道倾角各异、同样呈扁长状的“离盘星”。

令天文学家们长久以来感到困惑的是，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，恒星之间通过引力相互作用改变轨道形态所需的时间尺度可达数十亿年。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特征，一直是一个悬而未决的难题。

研究团队提出了一种全新的解释：这三组恒星可能源自同一原始气体盘。将它们塑造成如今不同轨道形态的，是一个潜藏在银河系中心附近、质量约为太阳 1 万倍的中等质量引力源。这个引力源极有可能就是理论预言中极为罕见的中等质量黑洞。

为验证这一假设，研究团队利用中山大学王龙教授独立开发的开源 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的数值模拟。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能在短短数百万年内被同时重现。

研究进一步阐释了这一“引力推手”如何通过一种类似三重奏的动力学机制，逐步塑造了今天所见的这三组恒星。首先，这个倾斜的引力源通过“古在效应”（von Zeipel-Lidov-Kozai effect），如同搅拌棒一般周期性地激发外围恒星轨道的偏心率和倾角，将它们“甩”向更远处，形成了离盘星。

其次，在原始气体盘逐渐消散的过程中，“扫荡性久期共振”（SSR）机制使得共振位置从外向内移动，在保持倾角不变的情况下激发了偏心率，从而形成了相对规整的顺时针盘星。

最后，在靠近中心区域，被前两种机制“点燃”的高偏心率恒星闯入内区后，极大地加速了 S 星团内部的引力相互作用，因此在极短的时间内形成了我们今天观测到的、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体是位于银心附近的一个名为 IRS 13 的年轻致密星团。尽管该星团中心是否确切存在中等质量黑洞仍存在争议，但这项研究为这一推测提供了强有力的动力学支持，为理解世界杯赛程中的某些复杂现象提供了新的视角。

这项发现的意义远不止于解释一个局部现象。中等质量黑洞（质量介于 100 倍至 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“缺失的一环”，此前天文学家仅发现过少数几个存在争议的候选体。

这项研究还为未来提供了一个可供检验的精确预测：在 S 星团的轨道进动中，应当存在一个由中等质量黑洞引力引发的额外分量，该分量将超出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）等高精度观测设备在未来陆续投入使用，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”是否真的存在，其真实面貌或许将最终揭晓。