模拟证明了球状星团中中等质量黑洞形成的潜在机制

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通过模拟再现了在巨大分子云中形成的星团。此图像基于模拟。蓝点代表单个恒星。深色和亮色表示气体温度（冷热）。来源：藤井美智子和武田隆明

据东京大学：东京大学的藤井美智子领导的联合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。

有史以来第一次逐星大质量星团形成模拟表明，足够密集的分子云，即星团的“出生巢”，可以孕育出大质量恒星，这些恒星会进化成中等质量黑洞。研究结果发表在《科学》杂志上。

藤井解释了该研究项目的动机：“之前的观测表明，一些大质量星团（球状星团）存在中等质量黑洞（IMBH）。”。“IMBH是一个质量为100-10000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IMBH的质量为1000-10000太阳质量，而质量较小（恒星质量）和质量较大（超大质量）。”

出生的巢穴可能会让人联想到温暖和宁静的画面。明星们可不是这样。球状星团在混乱中形成。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。

在球状星团密集的中心区域，恒星的反复碰撞被称为失控碰撞。它们可以导致质量超过1000太阳质量的超大质量恒星的诞生。这些恒星有可能进化成IMBH。然而，之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。为了研究IMBHs是否能够“存活”，研究人员需要在集群仍在形成时对其进行模拟。

藤井说：“由于模拟成本的原因，星团形成模拟具有挑战性。”。

“我们首次成功地对球状星团的形成进行了数值模拟，对单个恒星进行了建模。通过解析每个恒星具有真实质量的单个恒星，我们可以在拥挤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。”

在模拟中，失控的碰撞确实导致了大质量恒星的形成，这些恒星进化成了中等质量的黑洞。研究人员还发现，星团和IMBH之间的质量比与最初推动该项目的观测结果相匹配。

藤井说：“我们的最终目标是通过解析单个恒星来模拟整个星系。”。

“使用目前可用的超级计算机解析单个恒星来模拟银河系大小的星系仍然很困难。然而，模拟较小的星系（如矮星系）是可能的。我们还想瞄准第一批星团，即早期宇宙中形成的星团。第一批星团也是IMBH诞生的地方。”