来自古老星团的微弱无线电信号，可能是罕见的缺失环节：中型黑洞

黑洞是一种极端的天体，它的引力如此强大，以至于连光都无法逃逸。根据质量的不同，黑洞可以分为三种类型：恒星质量黑洞、超大质量黑洞和中等质量黑洞。恒星质量黑洞是由大质量恒星在死亡时发生的引力坍缩而形成的，它们的质量是太阳的几倍到几十倍。超大质量黑洞是位于星系中心的巨型黑洞，它们的质量是太阳的数百万倍到数十亿倍。

中等质量黑洞是介于恒星质量黑洞和超大质量黑洞之间的一种黑洞，它们的质量是太阳的几百倍到几十万倍。中等质量黑洞的存在一直是天文学界的一个谜，因为它们既不太可能由单个恒星坍缩而成，也不太可能由星系中心的极端条件而形成。因此，中等质量黑洞被称为黑洞的“缺失环节”，它们对于理解黑洞的形成和演化，以及宇宙结构的演化，具有重要的意义。

然而，要探测到中等质量黑洞并不容易，因为它们的辐射信号很微弱，而且很容易被周围的恒星和尘埃所掩盖。目前，天文学家只发现了少数几个中等质量黑洞的候选者，但都没有得到确凿的证据。最近，一组国际天文学家报告说，他们在一个古老而紧密的恒星球的中心发现了一个神秘的无线电信号，它可能来自一个隐藏已久的中等质量黑洞。

恒星团是一种由数十万到数百万颗恒星组成的巨型星团，它们是银河系中最古老的天体之一，有些甚至比银河系本身还要古老。恒星球的密度非常高，它们的中心区域可能有数万颗恒星挤在一个球体中，直径只有几光年。这样的环境非常适合形成中等质量黑洞，因为恒星之间的相互作用和碰撞可能导致恒星的合并和黑洞的生长。然而，要在恒星球中探测到中等质量黑洞并不容易，因为它们的辐射信号很微弱，而且很容易被周围的恒星和尘埃所掩盖。因此，天文学家需要使用射电望远镜，利用无线电波穿透恒星球的中心，寻找隐藏的黑洞的线索。

澳大利亚望远镜紧凑阵列（ATCA）是一组由六个22米口径的射电望远镜组成的干涉仪，它可以拍摄高分辨率的射电图像，探测深空中的微弱信号。ATCA的一个主要目标是拍摄银河系中所有已知的恒星球的射电图像，以研究它们的结构和演化，以及寻找可能存在的中等质量黑洞。

在过去的十年中，ATCA已经拍摄了超过150个恒星球的射电图像，其中一个就是杜鹃座47，这是地球上空第二亮的恒星球，距离我们的星球约13000光年。杜鹃座47是银河系中质量最大的恒星球之一，它有超过一百万颗恒星和一个非常明亮、非常致密的核心。法国天文学家Abbé Nicolas-Louis de Lacaille在17世纪50年代发现了这个120光年宽的恒星球，并将其命名为杜鹃座47 （又称NGC 104）。从那时起，人们就开始对这个从地球上用肉眼就能看到的恒星球进行深入研究，发现它有许多有趣的特征，例如一个巨大的蓝色流星体，一个富含氦的白矮星，以及一些快速旋转的脉冲星。

在ATCA拍摄的杜鹃座47的射电图像中，天文学家发现了一个神秘的无线电信号，它位于恒星球的中心地带，据估计这里有数万颗紧密结合的恒星。这个无线电信号非常微弱，只有在经过450个小时的观测和数据处理后，才能在图像中被识别出来。这个信号的特征表明，它可能来自一个隐藏在恒星球中心的黑洞，而且这个黑洞的质量不是恒星质量，也不是超大质量，而是中等质量。如果这个推测被证实，那么这将是有史以来第一次在一个恒星球内发现中等质量黑洞的无线电探测，也将是对黑洞的“缺失环节”的重要发现。

小组负责人亚历山德罗-帕杜阿诺是国际射电天文研究中心（ICRAR）科廷大学节点的科学家，他将这次探测描述为“令人兴奋的发现”，并解释说，造成这个无线电信号的原因有两种可能。

第一种是中等质量黑洞，即质量在太阳质量的100到100,000倍之间的黑洞。这种黑洞比恒星质量黑洞和超大质量黑洞更加难以捉摸，因为它们的形成机制不太清楚。一种可能的解释是，中等质量黑洞是由多个恒星质量黑洞在恒星球的中心区域发生的连续合并而形成的，这种合并过程可能持续了数十亿年。

另一种可能的解释是，中等质量黑洞是由一些特殊的大质量恒星在死亡时发生的直接坍缩而形成的，这些恒星可能是由恒星球中的恒星碰撞和合并而产生的。无论哪种情况，中等质量黑洞都会吞噬周围的恒星和气体，从而产生一些辐射信号，例如无线电波、X射线和伽马射线。然而，这些信号很微弱，而且很容易被周围的恒星和尘埃所掩盖，因此要探测到中等质量黑洞并不容易。

目前，天文学家只发现了少数几个中等质量黑洞的候选者，例如位于银河系中心附近的一个射电源，被称为Sgr A*，它的质量约为太阳的40万倍；以及位于距离我们约5000万光年的星系M82中心的一个X射线源，被称为M82 X-1，它的质量约为太阳的500倍。如果47中心的无线电信号被证实是一个黑洞，那么它的质量可能在这两个极端之间，也就是太阳的几千倍到几万倍。这将是一个非常重大的发现，也是有史以来第一次在一个恒星球内发现黑洞的无线电探测。

第二种可能性是，无线电信号是脉冲星产生的，脉冲星是一种快速旋转的中子星，它发出的辐射光束像宇宙灯塔发出的光一样扫过太空。脉冲星是由大质量恒星在死亡时发生的超新星爆炸而形成的，它们的质量约为太阳的1.4倍，但却只有几十公里的直径，因此它们的密度非常高，甚至超过了原子核的密度。脉冲星的旋转速度非常快，有些甚至可以达到每秒数百次，而且它们还有强大的磁场，可以产生强烈的辐射，例如无线电波、X射线和伽马射线。

脉冲星的辐射是沿着它们的磁轴发出的，而磁轴通常和旋转轴不重合，因此当脉冲星旋转时，它们的辐射光束就会像宇宙灯塔发出的光一样扫过太空，如果这个光束刚好对准了地球，我们就可以用射电望远镜探测到它们。目前，天文学家已经发现了超过2000颗脉冲星，其中一些位于恒星球中，例如杜鹃座47中就已经发现了25颗脉冲星。如果杜鹃座47中心的无线电信号是由脉冲星产生的，那么它可能是一种特殊的脉冲星，被称为毫秒脉冲星，它们的旋转速度非常快，可以达到每秒数百次，而且它们的磁场非常弱，因此它们的辐射信号很微弱。毫秒脉冲星的形成可能是由于它们和周围的恒星或行星发生了相互作用，从而获得了额外的角动量和能量，使得它们的旋转速度增加，而磁场减弱。毫秒脉冲星如此接近恒星球的中心，在科学上也是一个有趣的发现，因为它可以用来搜寻尚未被探测到的中心黑洞，如果存在的话，它会对毫秒脉冲星的运动和辐射产生一些可观测的影响。

亚历山德罗的研究是多年研究和技术进步的结晶，而ATCA拍摄的杜鹃座47超深度图像仅仅是未来发现的开始。研究报告的合著者、科廷大学天文学家蒂姆-高尔文在声明中说：“我们利用目前这一代射电望远镜，结合数百小时的观测，成功实现了接近SKA质量的科学研究，揭示了最微弱的细节。”SKA是指广场千米阵列，它是一个由数千个射电望远镜组成的国际项目，它将建造在澳大利亚和南非，它的总接收面积将达到一平方公里，它的灵敏度和分辨率将远远超过现有的射电望远镜。SKA预计将在2027年开始运行，它将能够探测更多的恒星球中的无线电信号，从而揭开中等质量黑洞和毫秒脉冲星的奥秘。Bahramian补充说：“这让我们看到了下一代射电望远镜上线后将实现的令人兴奋的能力。”