天文学家们正在困惑一些恒星——所谓的超高速恒星——是如何超越银河系的速度限制，移动速度快到足以完全逃离我们的星系的。第一颗这样的银河系弃儿是在 2005 年发现的，它以大约每小时三百万公里的速度飞驰，速度快到足以在不到五秒钟内从纽约市飞到洛杉矶。它的路径，就像随后发现的许多其他超高速恒星一样，可以追溯到潜伏在银河系中心的四百万太阳质量黑洞附近——一个超大质量的怪物，拥有足够的力量将一颗恒星以如此高的速度抛出。然而，现在，欧洲航天局的银河系测绘卫星盖亚和其他项目的新结果暗示，另一个罪魁祸首——一种前所未见的黑洞——可能是我们星系中一些“移民”的幕后推手。
一颗名为 PG 1610+062 的超高速恒星是许多研究的催化剂。PG 1610 最初在 1986 年被观察到时并没有引起太多关注，但实际上它的移动速度还不够快到离开我们的星系。2015 年，天文学家在对这颗恒星进行例行研究时意识到它被错误分类，实际上比预期的更亮；事实证明，PG 1610 比之前认为的更遥远。结合盖亚最新的观测结果，新的距离表明，这颗恒星的路径从未到达银河系中心，在那里，与位于那里的超大质量黑洞的相遇可能会赋予它更高的速度。
一些研究人员表示，加速 PG 1610 最可能的罪魁祸首是中等质量黑洞（或者，其他人认为，一颗极其巨大的恒星也可能做到这一点）。中等质量黑洞仍然是理论上的，从未被直接探测到。但 PG 1610 和其他类似的恒星可能有助于改变这种情况。“逃逸恒星可能是寻找那些中等质量黑洞的好方法，”德国埃尔朗根-纽伦堡弗里德里希-亚历山大大学的安德烈亚斯·伊尔冈说，他是一篇新的预印本论文的第一作者，该论文报告了将发表在《天文与天体物理学》杂志上的结果。
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逃逸恒星
关于超高速恒星起源的经典理论认为，它们最初是在银河系中心附近围绕一颗伴星的紧密轨道上开始其生命的。由于离超大质量黑洞太近，伴星被剥离并捕获，释放出另一颗恒星以惊人的速度飞离。
当盖亚团队发布了新的数据，跟踪了天空中近 170 万颗恒星的运动时，这种共识观点去年开始瓦解。利用这些数据，天文学家追踪了轨迹许多先前发现的快速移动恒星，发现像 PG 1610 一样，其中近三分之一的恒星嵌入在银河系的恒星盘中，从未接近过银河系中心。对于这些正在飞出银河系的恒星来说，除了超大质量黑洞之外，一定还有其他东西在提供必要的推动力。
就 PG 1610 而言，伊尔冈和他的同事怀疑可能是中等质量黑洞在起作用，尽管超大质量恒星也可能符合条件。这两种天体都被认为存在于非常年轻和巨大的星团的密集中心。一对靠近的恒星遇到其中任何一个天体，都会产生与靠近超大质量黑洞的恒星非常相似的反应——一颗被捕获到轨道中，另一颗则以高速被抛出。后者是否逃离星系取决于它被抛出的方向。
密歇根大学的超高速恒星猎手莫妮卡·瓦拉里说：“这基本上就像从一辆行驶的火车上扔出一个球。”如果恒星沿星系自转方向喷射，它就会获得速度提升。然而，如果它与星系自转方向相反，它就会减速，并且无法逃离银河系。换句话说，PG 1610 留在我们星系中纯粹是偶然；银河系盘中其他类似的超高速恒星也很容易发现自己正向外移动，滑出我们星系的引力控制范围。
PG 1610 距离我们只有 56,000 光年，对于一颗超高速恒星来说已经相当近了。它的临近性使研究人员能够有力地研究其化学成分——迄今为止，只有另一颗超高速恒星实现了这一壮举。“因为它离我们更近，我们可以真正确定这颗恒星在银河系盘中的起源，”伊尔冈说。
快速生，早逝
天文学家认为，质量在 50 到几百个太阳质量之间的极其巨大的恒星有时会在最年轻、最大的星团内部通过恒星碰撞形成。天文学家已经在银河系的这些炙热、密集的区域发现了估计质量高达 300 个太阳质量的恒星——一些理论家认为，这样的恒星可能会增长到 1,000 个太阳质量。
巨大的质量伴随着代价：如此巨大的恒星寿命只有几百万年，与我们太阳预计的九十亿年寿命相比，只是眨眼之间。因此，如果超大质量恒星是银河系盘中超高速恒星喷射的来源，那么它们必须在它们不幸死亡之前迅速完成这项工作。
根据伊尔冈的观测，PG 1610 只有大约 8000 万年的历史，大约在 4000 万年前被喷射出来。由于星团中的恒星往往在同一时间左右诞生，因此它们应该具有大致相同的年龄，这表明一颗寿命很长的超大质量恒星喷射出了 PG 1610——伊尔冈认为这种情况“不太可能”。
莫斯科州立大学的研究员瓦西里·格瓦拉马泽（Vasilii Gvaramadze）模拟了超高速恒星，但没有参与这项新研究，他不准备放弃超大质量恒星作为来源。“很难估计恒星的年龄和飞行时间，”他说。两者的估计都取决于不同的模型，任何一个小的误差都可能对最终结果产生重大影响。
绘制中型黑洞图
理论认为，一旦超大质量恒星在剧烈的超新星爆发中爆炸，它们就会留下中等质量黑洞。这些中等范围的野兽比银河系中心的怪物要小，质量应该在 100 到几千个太阳质量之间，并且有足够的时间将恒星从它们的出生星团中抛出。
问题是没有中等质量黑洞被最终观测到——它们存在的证据是令人信服的，但只是间接的。“已经，这种说法有点争议，”英国萨里大学的阿莱西亚·瓜兰德里斯说，她没有参与这项新研究。“你试图用一些从未被直接探测到的东西来解释一个过程。”尽管有这些保留意见，瓜兰德里斯曾模拟过超高速恒星如何与大质量天体相互作用，她怀疑中等质量黑洞比罕见且转瞬即逝的超大质量恒星更可能是罪魁祸首。
她怀疑的一个原因是去年盖亚的额外结果显示，银河系的一颗超高速恒星是从大麦哲伦星云（LMC）抛射到这里的，大麦哲伦星云是一个距离我们星系约 16 万光年的矮星系。瓜兰德里斯说，大多数矮星系被认为缺乏形成超大质量黑洞的足够物质，这使得中等质量黑洞成为从大麦哲伦星云发射的任何超高速恒星的最佳解释。
如果中等质量黑洞分散在银河系年轻、密集的星团中，超高速恒星可能有助于找到它们。伊尔冈和他的同事已将 PG 1610 追溯到银河系的船底座-人马座旋臂，为黑洞猎手提供了一个寻找难以捉摸的天体的地方。
瓦拉里说：“这仍然不能证明[中等质量黑洞]存在，但它使得尝试理解它们是如何形成的变得重要。”“这将影响我们对这些恒星如何演化以及最巨大的恒星如何演化成黑洞的理解。”