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 - 2026世界杯

一项由北京天文馆副研究员郑晓晨博士领导的国际研究团队，通过大规模数值模拟，首次建立了一个整合的动力学模型，为银河系中心可能存在中等质量黑洞提供了最强有力的动力学证据。这项研究成果已于 6 月 29 日在《天体物理学报》上公布。

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）的三组年轻恒星。人马座 A* 的质量是太阳的约 400 万倍。在其极近距离（约 0.04 秒差距，即 0.13 光年）内，存在着轨道高度扁长且倾角随机的 S 星团。稍远一些（约 0.04 至 0.5 秒差距，即 1.6 光年）的范围内，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，则分布着轨道倾角各异、同样扁长的“离盘星”。

天文学家长期以来对这三群恒星年龄高度一致（均在 600 万至 1500 万年之间）感到困惑。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需要数十亿年，这些“同龄”恒星如何在如此短的时间内演化出截然不同的轨道形态，一直是未解之谜。

研究团队提出了一种新颖的解释：这三群恒星可能源自同一原生气体盘。将它们塑造成如今形态的，是一个隐藏在银心附近、质量约为太阳 1 万倍的中等质量引力源，这很可能是一个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。

研究进一步阐述了这个“引力推手”如何通过一种三重奏式的动力学机制塑造了这三组恒星。首先，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，随着原生气体盘的消散，“扫荡性久期共振”（SSR）机制使得共振位置由外向内移动，在保持倾角不变的情况下激发偏心率，形成了相对规整的顺时针盘星。

最后，在靠近中心区域，被前两种机制影响而具有高偏心率的恒星进入内区，显著加速了 S 星团内部的引力相互作用，从而在极短时间内形成了如今观测到的、轨道混乱的 S 星团。

研究团队指出，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，但这项研究为其提供了强有力的动力学支持。

这一发现的意义重大，它不仅解释了一个局部现象，而且中等质量黑洞（质量介于 100 至 10 万倍太阳质量之间）被认为是恒星级黑洞演化为超大质量黑洞过程中的“缺失一环”，此前仅发现过少数几个有争议的候选体。

该研究还提出了一个可供未来检验的精确预言：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的贡献。

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，这些预言有望得到直接验证，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。