撰稿 / 秦紀維 (科學推展中心特約編輯)
審訂 / 江國興 清華講座教授(國立清華大學天文研究所)
清大天文所江國興講座教授帶領國際研究團隊，發表一個中等質量黑洞（IMBH）的有力候選天體NGC 6099 HLX-1。以研究生張怡琪為第一作者，本成果發表於《天文物理期刊》（The Astrophysical Journal）並登上NASA首頁。
本研究針對橢圓星系NGC 6099外緣的「超高光度Ｘ射線源」HLX-1，錢卓拉、雨燕、XMM牛頓三座Ｘ光太空望遠鏡2009-2024年的系列觀測記錄到Ｘ光光度大幅變化。配合加法夏天文台、哈勃太空望遠鏡對同一天體的可見光觀測，交互釐清其真面目。
本研究獲國科會支持。合作夥伴包括義大利國家天文物理研究所、澳洲斯威本科技大學、法國巴黎城市大學、美國哈佛-史密松天文物理中心等機構科學家。
黑洞搜查和宇宙身世
雖不能直接觀測黑洞，但可從引力影響（星團公轉速度、重力透鏡效應）推論它存在。物質跌落黑洞途中會放出以高能輻射為主的電磁波。也有重力波與微中子的線索（多信使天文學）。大多星系核心有從十萬倍到十億倍太陽質量的「超大質量黑洞」。大型恆星塌縮可產生介於十倍到百倍太陽質量的「恆星黑洞」[註1]。兩者之間應存在黑洞成長和吞併的中間階段 [註2]。了解現有多少中等質量黑洞殘存有助釐清宇宙、星系演變機制。
中等質量黑洞可能位在：一、巨大球狀星團中。多個團隊已藉由測量星團中恆星與氣體的速度推論存在IMBH。但此法難分辨是單一黑洞或互繞的多體黑洞。球狀星團也極缺乏氣體，捱餓的黑洞不好探測。
二、矮星系核心。從星系核黑洞佔整體星系質量比例的關係推論。當矮星系被吸納併入更大星系，被剝離周圍恆星的IMBH可能在星系邊陲遊蕩。恆星夠接近黑洞就會被「麵條化」而撕裂，稱為「潮汐瓦解事件」。
黑洞挑選法。條件：適中
拉塞福爵士曾說：「科學不脫『物理』和『集郵』」。集郵蒐羅、分類與比較。物理則用不過於複雜的模型描述廣泛現象。天文物理學就成功把樣子殊異的天體，如電波星系、類星體、伽瑪射線暴、X射線雙星，甚至2024年才發現的小紅點星系（LRDs）統合為緻密天體的進食過程：「吸積盤」的模型。
黑洞吸積盤的重要參數是「光度」，即輻射總功率 [註4]。黑洞的質能轉換效率高（和黑洞自旋值有關，依慣例估計10%，除以c平方可得吸積率）。但愛丁頓機制使光度回頭限制吸積：強烈的光壓足以吹散物質。光壓和引力平衡的「愛丁頓光度」正比於黑洞質量。黑洞仍可能不管速限，以「超愛丁頓吸積」活躍爆發。恆星黑洞光度仍難達到1041 erg/s，此即超高光度Ｘ射線源（HLX）的下限。
由吸積盤的發射光譜波長分布可偵測其溫度。但黑洞周遭最熱的卻是一團游離電子，稱為冕 [註3]。光子和冕中相對論性的電子相撞反而會獲得能量變成Ｘ光（逆康普頓散射）。光譜指數（photon index,Γ）是Ｘ光光子冪律分布的衰減指數，可反映黑洞活躍狀態。
理論預測IMBH對應2~3百萬度的黑體，並具有大於3（較軟）的Γ值，可與活躍星系核（AGN, 吸積中的超大質量黑洞）相區隔。
根據這些認識，作者提出可排除大與小的黑洞，挑選IMBH的特徵：位置遠離星系核、光度與光譜指數適中，並曾光度驟變。特別的，在2022年發表的匯整五十萬個Ｘ光天體的目錄中，僅有七個符合。除了本次主角，也包括另一有力的IMBH候選：ESO 243-49 HLX-1（於2009年發表）。
理論與觀測相得益彰
作者需將源自不同批觀測的資料彙整。藉天體測量學將資料點在Gaia DR3座標中對齊。以參照天體校正光度。並處理星系暈的「光害」、扣除宇宙背景Ｘ射線、彌補視線上銀河系中性氫造成的衰減。考慮NGC 6099星系距地球4.53億光年，HLX-1的Ｘ光視直徑僅2角秒，其對應光學天體視直徑不足1角秒，判讀極倚重物理知識，如NASA XSPEC工具庫整合的「標準吸積模型」。由合理的物理圖景指引，列出種種推論以擬合參數。
