北京天文馆最新研究：银河系中心或藏匿中等质量黑洞

发布时间：2026年07月01日

图 1：基于1995年至2012年间凯克望远镜数据制作的银河系中心恒星轨道静态图。（图源：NCSA, UCLA / Keck）。

银河系中心那些年龄相仿却轨道迥异的年轻恒星，可能正受一个潜伏其间的中等质量黑洞“指挥”，在千万年间上演轨道变形记。

 北京，2026年6月29日——由北京天文馆副研究员郑晓晨博士（第一作者），中山大学王龙教授，加州大学圣克鲁兹分校、清华大学林潮教授，德国慕尼黑大学、马普地外物理研究所Andreas Burkert教授，西湖大学毛淑德教授组成的国际团队，以联合通讯作者的形式，在国际知名核心期刊《天体物理学报》（The Astrophysical Journal）上发表了最新研究成果，首次在大统一框架下同时解释了银河系中心区域（约0.5秒差距，合1.6光年）三组年轻恒星截然不同的轨道分布。

 众所周知，银河系中心存在一个400万倍太阳质量的超大黑洞——人马座A*。其附近（0.04秒差距内）的S星团，轨道倾角随机，偏心率很高（0.4~0.97），并存在观测禁区（zone of avoidance）；稍外侧（0.04~0.5秒差距），约20%的年轻恒星构成轨道共面、偏心率适中的顺时针盘星；周围则散落着倾角各异、轨道扁长的离盘星。三群恒星年龄均在600万~1500万年之间，按传统弛豫理论，它们需历经数十亿年的演化才能显著改变其轨道。

 研究团队开创性地提出：三组恒星可能同根同源，均诞生于同一原生气体盘，但它们长期受到一个中等质量引力源（质量约为一万倍太阳质量，距银心约0.35秒差距处）的扰动，通过三种动力学机制协同左右其轨道：

 l 古在效应（vZKL）：倾斜的引力源像“搅拌棒”一样，周期性地激发邻近恒星的偏心率与倾角，数百年内将部分恒星“甩”向内区，形成离盘星；

l 扫荡性久期共振（SSR）：原生气体盘消散时，引力场的变化使得共振位置由外向内“扫描”，保留倾角的同时激发偏心率，解释了盘星的由来；

l 共振弛豫（Resonant Relaxation）：被前两种机制“点燃”的高偏心率恒星闯入内区，大幅加速S星团相互作用，缩短轨道弛豫周期，与S星团的最新观测结果不谋而合。

 研究团队利用王龙教授独立开发的开源N体模拟软件PeTar，在清华大学高性能计算平台上进行大规模数值模拟。结果表明，唯有银心附近存在一个10⁴倍太阳质量的中等质量引力源，才能同时复现三组恒星的轨道分布特征。

 该引力源极可能是一个中等质量的黑洞。目前，最可能的候选体是年轻的致密星团IRS 13。虽然，该致密星团中心是否存在中等质量黑洞尚存争议，但本研究为银心区域存在中等质量黑洞（或致密星团）提供了迄今最强的动力学证据。

 中等质量黑洞（100~10万倍太阳质量）是恒星级黑洞成长为超大质量黑洞的关键中间环节，迄今仅发现少数争议候选体。若银心附近确定藏匿了此类黑洞，将填补黑洞演化史上的关键空白，并为理解星系中心黑洞成长史提供珍贵的“活化石”。

 本研究同时提供了可供检验的预言： S星团轨道进动中应包含由中等质量黑洞引发的额外分量，超出广义相对论贡献，为区分“爱因斯坦引力”与“隐藏引力源”提供独特窗口。

 随着未来中国空间站巡天望远镜（CSST）等高精度设备陆续投用，这些预言有望直接得以验证。届时，银河系中心这位“幕后推手”的真面目或将正式揭晓。

图 2：银河系中心年轻恒星的轨道演化示意图。三群“同源不同命”的恒星群体，在三种不同动力学机制的牵引下，走上了迥异的演化轨迹。（图源：北京天文馆科学研究部，详见论文DOI: 10.3847/1538-4357/ae71ba）