研究背景

恒星级黑洞是大质量恒星演化的最终产物之一，对于理解恒星演化、致密天体以及黑洞双星的形成具有重要意义。然而，与理论预期相比，目前通过动力学证认的恒星级黑洞不足 30 个，大量黑洞可能长期处于难以探测的宁静状态。因此，寻找更多恒星级黑洞并建立更完整的黑洞样本，是理解黑洞形成与演化的重要基础。

图1：黑洞/中子星双星系统在宁静态/低硬态下的射电—X射线光度关系。图中灰色虚线表示黑洞X射线双星的经验关系，橙色符号表示该研究分析的候选源 VLA22。

球状星团：搜寻黑洞的天然实验室

球状星团这类古老而致密的恒星系统经历了超过百亿年的演化，形成了包括白矮星、中子星和黑洞在内的大量致密天体，因而成为搜寻和研究恒星级黑洞的重要场所。然而由于星团核心区域恒星高度拥挤，光学光谱观测面临较大困难；同时，许多黑洞双星长期处于宁静态，吸积率和X射线光度很低，仅依靠X射线观测难以将其与中子星等其他致密天体区分。相比之下，宁静态或低硬态黑洞X射线双星往往具有相对较强的射电辐射，并遵循有别于中子星X双星系统的X射线—射电光度关系。因此，联合射电、X射线和光学观测，为在球状星团中搜寻这些宁静的恒星级黑洞提供了重要途径。

图2：黑洞/中子星双星系统的轨道周期与X射线光度分布，引自 Narayan & McClintock (2008)，VLA22-1 更符合黑洞双星区域。

对星系大样本的运动学研究

该项工作中，研究团队综合分析了美国甚大阵列（Karl G. Jansky Very Large Array，简称 VLA）、钱德拉X射线天文台（Chandra）以及哈勃空间望远镜（Hubble Space Telescope，简称 HST）的档案观测数据，在球状星团 M22 中共找到 8 个射电/X射线对应源，并对射电源 VLA22 进行了进一步分析。

VLA22 在不同观测时段存在射电流量变化，可能来自吸积过程不稳定性所驱动的致密喷流随机波动，射电谱指数在不确定度范围内与宁静态黑洞双星常见的平坦射电谱相符合。在X射线波段，该源同样表现出由吸积活动引起的随机流量变化。综合射电和X射线观测，VLA22 在射电—X射线光度图上的位置与黑洞X射线双星的经验关系相符，支持其作为黑洞候选体的可能性。

研究人员进一步利用HST高空间分辨率观测，在VLA22位置误差范围内，寻找到 VLA22-1 为目前最可信的伴星候选体。该候选伴星呈现轻微的 Hα 超出，暗示系统中可能存在活跃的吸积盘。研究人员对该候选伴星进行多波段光学能谱（SED）拟合，比照已证认黑洞X射线双星中光学伴星的质量—半径分布，估算其伴星质量及轨道周期范围。在X射线光度—轨道周期关系图上，该候选体主要落在黑洞双星所占据的区域，为 VLA22 的黑洞候选体性质提供了进一步支持。

综合射电、X射线和光学观测数据，VLA22 是球状星团 M22 中又一个宁静态恒星级黑洞候选体，未来仍需更高精度的光谱或轨道动力学监测以最终确证其致密星本质。该研究为在银河系球状星团中搜寻恒星级黑洞提供了新的候选目标，同时表明在恒星高度拥挤、传统光学光谱观测较为困难的球状星团中，联合射电、X射线和光学数据开展多波段搜寻，是发现宁静态恒星级黑洞的重要手段。

研究论文

该研究工作已被国际天文学期刊 The Astrophysical Journal 接受发表，论文题为 “Searching for Black Hole Candidates in Quiescence by Using Multi-band Observations in Globular Cluster M22 (NGC 6656)”。该研究论文的第一作者为厦门大学天文学系博士生徐雨婧，共同通讯作者为厦门大学顾为民教授和南京师范大学翁山杉教授，其他合作者包括：厦门大学天文学系博士生方欣雨、中国科学技术大学安涛教授以及中国科学院上海天文台刘媛琪博士后。该成果得到国家重点研发计划项目和国家自然科学基金重点项目的支持。

预印本arXiv：https://arxiv.org/abs/2603.09228