臺北市立天文科學教育館

根據黑洞的質量大小，天文學家將黑洞分為三種類型，分別是恆星質量黑洞（約為太陽質量的5到50倍）、超大質量黑洞（質量為太陽的數百萬到數十億倍），以及介於兩者之間的中等質量黑洞。雖然科學家認為中等質量黑洞應該存在，但對於它們的起源或特徵知之甚少，因此它們被認為是黑洞演化過程中罕見失落的環節。近期，天文學家終於取得了中等質量黑洞存在的新證據。

這項研究由美國Vanderbilt大學所領導的研究團隊重新分析了來自雷射干涉重力波天文臺（LIGO）與Virgo干涉儀過去偵測到的黑洞合併事件。研究指出，這些合併後的黑洞，其質量落在太陽的100到300倍之間，正好落在中等質量黑洞的理論範圍內。這項分析結果提供了至今最有力的觀測證據，支持中等質量黑洞的存在。研究人員表示雖然這項新分析報告的黑洞質量仍屬推測，但可以為了解照亮我們宇宙的第一批恆星打開了一扇前所未有的窗口。像LIGO這樣的探測器只能捕捉到這些「輕量級」中等質量黑洞最終碰撞的瞬間，這使得確定宇宙是如何產生它們的變得十分困難。中等質量黑洞一直被認為是黑洞族譜中失落的環節，恆星質量黑洞可能是由大質量恆星塌縮形成，超大質量黑洞則存在於星系中心，但其中間的連結過程卻始終不明。探測黑洞碰撞產生的重力波需要極高的精確度，就像在颱風中聽到針落地的聲音一樣，研究團隊展示了人工智慧模型如何確保來自這些黑洞的訊號不受數據中環境和探測器噪聲的干擾。

未來，研究團隊將探討如何在月球設置重力波觀測站的構想，藉以避開地球上的干擾，更有效偵測到目前尚未觀察到的低頻重力波，進一步推進中等質量黑洞的研究。這不僅為了研究黑洞，更是結合了太空和月球探索的新時代。研究團隊也強調，計畫於2030年代末期發射的太空重力波觀測計畫LISA（Laser Interferometer Space Antenna），將成為進一步探索這些神秘天體的關鍵工具。與LIGO不同，LISA能觀測頻率更低，合併前數年便能偵測的重力波事件，讓科學家能更完整地掌握黑洞的誕生與成長過程。相關研究成果即將發表於《Astrophysical Journal Letters》期刊上。（編譯／趙瑞青）

資料來源：Vanderbilt University

圖說：這張圖為半人馬座ω球狀星團的中心區域，哈伯太空望遠鏡在此發現了中等質量黑洞候選體的有力證據。圖片來源：ESA/Hubble, NASA, Maximilian Häberle (MPIA)