一项开创性的研究为中等质量黑洞(IMBHs)的起源提供了新的见解。通过首次对形成球状星团中的单个恒星进行模拟，研究人员已经确定了这些致密星团可能产生IMBHs的潜在机制。来源:SciTechDaily.com

　　新的研究首次利用单个恒星形成球状星团的模拟来探索中等质量黑洞的潜在形成机制。

　　一项新的研究证明了球状星团中中等质量黑洞的可能形成机制，球状星团可能包含数万甚至数百万颗紧密堆积的恒星。有史以来第一次对大质量星团形成的逐星模拟显示，足够密集的分子云，即星团的“孕育巢”，可以孕育出非常大质量的恒星，这些恒星演变成中等质量的黑洞。这项联合研究由东京大学的藤井美智子领导，研究结果今天(5月30日)发表在《科学》杂志上。

　　IMBHs的理论证据

　　“以前的观测表明，一些大质量星团(球状星团)拥有一个中等质量黑洞(IMBH)，”藤井解释了这项研究项目的动机。“IMBH是一个质量为100-10,000太阳质量的黑洞。到目前为止，还没有强有力的理论证据表明，与质量较小(恒星质量)和质量较大(超大质量)的黑洞相比，存在质量为1000 - 10000太阳质量的黑洞。”

　　星团形成的巨大分子云的模拟再现。这张图片是基于模拟的。蓝点代表单个恒星。深色和明亮的颜色表示气体的温度(冷和热)。图片来源:藤井美智子和Takaaki Takeda

　　仿真挑战和见解

　　鸟巢可能会让人联想到温暖和宁静。星星却不是这样。球状星团在动荡中形成。密度的差异首先导致恒星碰撞和合并。随着恒星继续合并和增长，引力也随之增长。在密集的球状星团中心区域反复发生的恒星碰撞被称为失控碰撞。它们可以导致质量超过太阳1000倍的大质量恒星的诞生。这些恒星有可能演变成超大质量黑洞。

　　然而，先前对已经形成的星团的模拟表明，恒星风吹走了它们的大部分质量，使它们太小了。为了研究IMBHs是否能够“存活”，研究人员需要模拟一个仍在形成中的星团。

　　Fujii说:“由于模拟成本的原因，星团形成模拟具有挑战性。”“我们第一次成功地对球状星团形成进行了数值模拟，对单个恒星进行了建模。通过解析每颗恒星的真实质量，我们可以在一个紧密堆积的环境中重建恒星的碰撞。对于这些模拟，我们开发了一种新的模拟代码，可以高精度地集成数百万颗恒星。”

　　半人马座，银河系中的一个球状星团。这个球状星团可能拥有一个中等质量的黑洞。信贷:ESO

　　未来研究方向

　　在模拟中，失控的碰撞确实导致了非常大质量恒星的形成，这些恒星演变成中等质量黑洞。研究人员还发现，星团和黑洞之间的质量比与最初激发该项目的观测结果相匹配。

　　“我们的最终目标是通过解析单个恒星来模拟整个星系，”藤井指出未来的研究。“利用目前可用的超级计算机，通过解析单个恒星来模拟银河系大小的星系仍然很困难。然而，模拟像矮星系这样的小星系是可能的。我们也想瞄准第一批星团，早期宇宙中形成的星团。第一集群也是imbh诞生的地方。”

　　参考文献:“模拟预测球状星团中中等质量黑洞的形成”2024年5月30日，《科学》杂志。