长久以来，天文学家们对中等质量黑洞的存在一直持有争议。这类黑洞的质量介于恒星级黑洞和超大质量黑洞之间，但至今仅发现了少数几个有争议的候选体。然而，近日中国科学院国家天文台发布的一项新研究，为这一长久以来的谜团提供了直接证据。
国家天文台的研究人员与多家科研机构合作，通过搜寻因“引力弹弓效应”从球状星团中被弹射出的高速星，发现了中等质量黑洞的存在证据。这一发现基于欧洲空间局的盖亚空间望远镜、中国郭守敬望远镜以及其他光谱巡天数据，对近千颗高速星及银河系中的百余个球状星团的轨道演化进行了深入分析。
研究团队发现，编号为J0731+3717的高速星在约2000万年前，以接近550千米每秒的超高速度从球状星团M15中被弹射出。这一极高的弹射速度很可能是由“引力弹弓效应”引起的，从而证明了球状星团M15中心存在一个中等质量黑洞。这一发现不仅为中等质量黑洞的存在提供了有力的动力学证据，还打通了中等质量黑洞存在证据链的最后一环。
中等质量黑洞在宇宙中的形成方式有两种可能。一种是通过恒星的反复并合形成一个（超）大质量恒星后，再塌缩成中等质量黑洞；另一种是通过一些恒星级小黑洞的反复并合，逐渐形成一个中等质量黑洞。球状星团被认为是中等质量黑洞最理想的潜藏场所，因为它们中心极高的恒星密度为这些黑洞的形成提供了有利条件。
尽管早在21世纪初，科学家们就利用哈勃空间望远镜对球状星团M15进行了观测，并推测M15中心可能存在一个重达1700至3200倍太阳质量的中等质量黑洞，但该结果一直备受质疑。因为观测范围内除了中等质量黑洞外，还可能有数千颗致密星存在。而近年来，科学家在半人马座欧米伽星团中发现的7颗束缚的高速星，虽然被解释为可能需要一个中等质量黑洞来束缚这些恒星，但也同样无法排除为一群致密星的可能性。
为了解决这一困境，研究团队提出了利用中等质量黑洞可以撕开紧邻它们快速绕转的密近双星的“引力弹弓效应”，来限制中心质量的集中范围。通过对盖亚空间望远镜和郭守敬望远镜等数据发现的近千颗高速星进行详细的轨道回溯，他们发现高速星J0731+3717不仅与球状星团M15的轨道高度关联，还具有与M15一致的化学丰度和年龄。这一独特的发现首次将数千个太阳质量限制在几个天文单位之内，排除了数千个中子星或恒星级黑洞的可能性，从而证实了M15中心确实存在一个中等质量黑洞。
这项重磅发现由中国科学院国家天文台的研究人员与同事们以及中国科学院云南天文台、北京大学等合作伙伴共同完成。相关成果已在学术期刊《国家科学评论》上发表，并作为封面文章。这一发现不仅解决了长久以来关于中等质量黑洞存在的争议，还为未来对这类黑洞的深入研究提供了重要线索。
