在浩瀚宇宙中，球状星团半人马座ω一直是个神秘的存在。这个由1000万颗恒星紧密聚集而成的星团，长久以来让天文学家们困惑不已。按照理论，这里本应是恒星级黑洞的“聚集地”，可此前科学家们却始终难以寻觅到它们的踪迹。不过，如今这一局面被打破，借助美国国家航空航天局（NASA）哈勃空间望远镜的长期观测数据，以及詹姆斯·韦布空间望远镜的辅助，研究人员在该星团中首次确认了一颗恒星级黑洞，为解开“失踪黑洞”之谜提供了关键线索。
此前，天文学界曾利用哈勃空间望远镜的观测证据，推测半人马座ω中心潜伏着一个中等质量黑洞。而且模型显示，这个星团还应包含约1万个恒星级黑洞。然而，在以往采用视向速度法，或搜寻物质落入黑洞时产生的射电和X射线辐射的观测研究中，这些黑洞却一直“隐匿不见”。
此次的新发现另辟蹊径，研究团队采用天体测量方法，通过测量恒星随时间的极微小运动来寻找隐藏天体。他们梳理了20多年的哈勃存档数据，并结合近期的韦布数据进一步精化天体测量。在这个过程中，团队发现了一颗恒星正绕着一个不可见且极其沉重的天体转动，这个天体极有可能就是黑洞，它被命名为oMEGACat BH-2，是半人马座ω中首个被探测到的恒星级黑洞。
oMEGACat BH-2有着令人惊讶的特性。它的质量低于预期，并且与那颗可见的伴星一起，构成了迄今为止已知轨道周期最长的黑洞双星系统。该论文的第一作者、盐湖城犹他大学的马修·惠特克介绍：“借助哈勃和韦布的数据，我们能够看到这个双星系统中那颗可见主序星的运动，它位于半人马座ω致密的环境中，距我们约18000光年。这些测量的精度令人惊叹，达到了哈勃和韦布探测器上像素的几分之一。没有这两台空间望远镜，根本不可能找到这个黑洞。”
该团队的发现还修正了过去另一组科学家的研究。此前那项研究认为这个双星系统包含的是一颗中子星。此次研究团队将早期调查中的哈勃数据与2002年至2023年的哈勃天体测量存档数据相结合，并引入韦布近红外数据提高精度，从而更好地约束了那颗可见恒星的暗伴星的质量，排除了中子星的可能性。该研究的合著者、犹他大学的阿尼尔·塞思表示：“虽然已知这颗恒星的质量为0.78个太阳质量，但我们现在可以计算出黑洞的质量为4.46个太阳质量，所以它太重了，不可能是中子星。然而，它的质量远低于在半人马座ω这样低金属丰度环境中的预期值，这既让人意外又让人兴奋。我们现在知道低金属丰度恒星能够形成这样的黑洞，需要弄清楚这是如何发生的，这项探测为从事此类模型研究的人提供了一些数据。”
基于哈勃和韦布的精确数据，研究团队绘制出了这颗恒星20多年来在天空中的运行轨迹，尤其是它最接近黑洞伴星、横越天际速度最快时的路径。根据大量数据，研究团队确定这颗可见恒星每94年绕oMEGACat BH-2运行一圈，成为已知周期最长的黑洞双星系统。它漫长的轨道周期也为这个双星系统的起源提供了线索，它很可能是通过动力学过程形成的，即这颗恒星和它的黑洞伴星并非一同诞生，而是在星团中彼此相遇。研究人员计算得出，像oMEGACat BH-2这样的系统在被邻近恒星的交会作用撕裂之前，只能存活不到10亿年，这远短于该星团约120亿年的年龄。
阿尼尔·塞思强调：“理解球状星团中的黑洞族群至关重要，因为关于它们的物理特性和形成过程仍存在诸多不确定性。更具体地说，理解黑洞的形成过程以及它们随后如何通过动力学作用形成双星系统至关重要，因为这会影响我们解读和理解引力波事件的能力。像半人马座ω这样的环境，是我们认为双星并合并产生这些引力波的主要场所。”
此次利用哈勃 - 韦布数据集发现的恒星级黑洞oMEGACat BH-2，仅仅是揭开球状星团中这群行踪不定的黑洞族群的开端。研究人员表示，借助哈勃和韦布，他们可以继续观测半人马座ω，并拓展到在其他星团中搜寻类似的系统。同时，他们也对即将发射的南希·格雷斯·罗曼太空望远镜充满期待，该望远镜将以类似哈勃的分辨率和远为宽广的视场，非常规律地对包括银心在内的拥挤的银河系核球区域进行成像，有望发现更多类似的黑洞双星系统。
