我国团队提出银心中等质量黑洞新证据：或解释三类年轻恒星异常轨道

据 IT之家 7 月 4 日消息，由北京天文馆副研究员郑晓晨博士领衔的国际研究团队，近日通过大规模数值模拟，为银河系中心可能存在一个中等质量黑洞提供了新的动力学证据。相关成果已于 6 月 29 日发表在《天体物理学报》。这项研究聚焦人马座 A* 周边三组年轻恒星的异常轨道分布，并提出它们可能源自同一个原生气体盘，随后被一个约为太阳质量 1 万倍的隐藏引力源重塑。

人马座 A* 是银河系中心的超大质量黑洞，质量约为太阳的 400 万倍。围绕它运行的年轻恒星呈现出明显不同的轨道特征：最内侧约 0.04 秒差距范围内分布着轨道扁长、倾角随机的 S 星团；稍远处约 0.04 至 0.5 秒差距范围内，部分年轻恒星组成近乎共面、顺时针旋转的恒星盘；更外围则存在轨道倾角多样、同样较扁长的离盘星。真正让天文学家困惑的是，这三类恒星年龄相近，均约在 600 万至 1500 万年之间，但它们的轨道形态却差异巨大。

用统一模型解释银心恒星“同龄不同轨”

按照传统恒星动力学理解，恒星之间依靠引力相互作用来显著改变轨道，通常需要数十亿年量级的时间。但银心附近这三组年轻恒星显然没有这么长的演化时间。因此，研究团队尝试用一个统一的动力学模型解释其形成过程：这些恒星最初可能诞生于同一个原生气体盘，之后受到一个隐藏在银心附近的中等质量引力源长期扰动，才演化成今天观测到的三类轨道结构。

为了验证这一设想，团队使用中山大学王龙教授独立开发的开源 N 体模拟软件 PeTar，并依托清华大学高性能计算平台进行大规模数值模拟。来源显示，模拟结果表明，只有在这个约 1 万倍太阳质量的引力源持续作用下，三组恒星的轨道分布特征才可能在数百万年内同时被复现。这使得“银心附近存在中等质量黑洞”这一假设获得了更强的动力学支持。

• S 星团：位于人马座 A* 极近区域，轨道高度扁长且倾角随机。
• 顺时针恒星盘：位于稍外侧区域，部分年轻恒星保持较规整、近共面的旋转结构。
• 离盘星：位于更外围，轨道倾角差异大，并呈现较高偏心率。

三种动力学机制串联：隐藏引力源像“幕后推手”

研究进一步给出了这一隐藏引力源塑造恒星轨道的具体过程。首先，一个倾斜的引力源可通过古在效应周期性激发外围恒星的轨道偏心率和倾角，使一部分恒星脱离原有盘面，形成离盘星。其次，在原生气体盘消散过程中，扫荡性久期共振机制会让共振位置由外向内移动，在大体保持倾角的同时提高偏心率，从而形成较为规整的顺时针盘星。

最后，部分被激发为高偏心率轨道的恒星进入更靠近人马座 A* 的区域后，会增强内区恒星之间的引力相互作用，使 S 星团在较短时间内形成如今这种轨道混乱的状态。换句话说，研究团队试图把过去看似彼此独立的三类银心年轻恒星，放进同一个演化框架中理解。

影响与解读：中等质量黑洞仍是黑洞演化关键拼图

中等质量黑洞通常被认为处在恒星级黑洞与星系中心超大质量黑洞之间，质量范围约为太阳的 100 倍至 10 万倍。它们在理论上是黑洞成长链条中的“缺失的一环”，但由于观测难度极高，目前已知候选体数量有限且不少仍存在争议。因此，如果银河系中心附近确实存在这样一个对象，将为理解超大质量黑洞如何形成和增长提供重要线索。

研究团队指出，银心附近名为 IRS 13 的年轻致密星团，是这个中等质量引力源的可能候选体。不过，IRS 13 中心是否真的存在中等质量黑洞，目前仍未有最终定论。此次研究的价值在于，它并非直接“拍到”黑洞，而是通过恒星轨道的集体行为，提出了一套可被后续观测检验的动力学证据链。

更重要的是，研究还给出了未来可验证的预言：在 S 星团恒星的轨道进动中，理论上应存在一个由中等质量黑洞引力造成的额外分量，并且这一分量会区别于广义相对论效应本身。随着中国空间站巡天望远镜（CSST）等高精度观测设备未来投入运行，天文学家有望进一步检验这一预言。对于中文科技读者而言，这类研究也显示出一个趋势：高性能计算、开源模拟软件与精密观测正在共同推动基础天文学进入更可验证的阶段。