美国航空航天局发射的钱德拉X射线天文台（艺术概念图）

如今，大多数人对“黑洞”的概念已经不感到陌生，这是一种在宇宙中常见的天体。虽然在本质上大体相同，但研究者们依据黑洞所产生的时间和环境把它分成了不同的类别，其中一种类别的黑洞不仅极为稀少，对于宇宙学研究来说也最为关键，这就是中等质量黑洞（Intermediate Mass Black Hole）。

天文学家们把黑洞大体分为四种：第一种是超巨型黑洞，其巨大的黑洞质量在数百万个太阳质量到百亿个太阳质量之间，大多数居于星系的中间；第二种是恒星质量黑洞，大多是由死亡的恒星内部发生了引力塌缩而形成；第三种是所谓的迷你黑洞，人们认为这种仅在理论上存在的黑洞产生于宇宙诞生初期。最为神秘的则是质量介于超巨型黑洞和恒星质量黑洞之间的中等质量黑洞。科学家们认为中等质量黑洞是宇宙演化过程中必不可少的因素之一，但是看上去它们在宇宙中极其稀少。

中等质量黑洞究竟在哪里，它们为什么会如此稀少？这已经困扰了科学家们很长时间。科学家们已经发现了相当数量的恒星质量黑洞，它们都是由死亡的巨大恒星发生引力塌缩而形成。更为惊人的超巨型黑洞也不少见——这些黑洞大多数处于星系的中心。人们认为这些黑洞大多形成于宇宙形成初期，那时宇宙更小，物质分布更紧密，更有利于黑洞的生长。但是从宇宙观测结果来看，介于这两者之间的中等质量黑洞却极其稀少。黑洞的演化为什么会走上两个极端？

至今为止，人类发现的中等质量黑洞寥寥无几。另一方面，中等质量黑洞对于宇宙学研究又至关重要，它是很多有关宇宙演化问题的重要线索。有人认为，中等质量黑洞稀少，是因为它们不易被察觉。相对于那些通常居于星系中心，非常活跃且易见的超巨型黑洞来说，中等质量黑洞显得非常安静，因为这种天体通常位于星系的外围区域，附近并没有太多物质供其吞噬，也不能产生出足够强的引力把周围的天体吸引到自己附近。

也有一种宇宙学理论解释，宇宙中可能并不存在大量的中等质量黑洞，这和宇宙的年龄以及黑洞质量的增长速度有关。2017年6月19日，以色列魏兹曼科学研究所的天文学家塔尔·亚历山大（Tal Alexander）与合作者们在《自然·天文学》（Nature Astronomy）杂志发表论文《当今中心黑洞的质量规模底线》（A Universal Minimal Mass Scale For Present-Day Central Black Holes），从理论上论述目前可观测到的黑洞质量范围。

亚历山大认为，从大的时间尺度来看，黑洞质量的成长速度相对稳定。通过一个数学模型计算，假设黑洞只是通过吞噬恒星、白矮星或是中子星以生长，而不会吸收临近的气体或暗物质等，那么在每一万年中，黑洞大约可以增长一个太阳质量。考虑到黑洞也会吞噬附近的气体和暗物质等因素，它的成长速度会更快，但是这又要考虑到在宇宙诞生初期这些物质的密度因素。

每一万年增长一个太阳的质量，虽然看起来不是特别快，但是考虑到宇宙现在的年龄是138亿年左右，经过超过100亿年的生长之后，一个最初只是恒星质量级别的黑洞就将完全超过中等质量黑洞的范畴，而成为超巨型黑洞。通过这样的计算也可以说明，超巨型黑洞产生于宇宙物质密度更加浓密的早期。科学家们估计，现在宇宙中存在的极少数中等质量黑洞可能会处于物质密度更高的区域，比如球状星团（Globular Clusters of Stars）。

2006年，美国航空航天局（NASA）发射的钱德拉X射线天文台（Chandra X-ray Observatory）和欧洲空间局（ESA）的XMM-牛顿卫星（XMM-Newton Satellite）都观测到了宇宙中一次强烈的X射线闪烁，这次事件被命名为“3XMM J215022.4-055108”。一般来说，对于这样的宇宙事件有两种解释：有可能是一个中等质量黑洞正在撕裂和吞噬一颗临近的恒星，也有可能是银河系内一颗正在冷却的中子星发射的辐射。

想要在这两种可能性中做出抉择，就必须确定这次X射线爆发的精确位置。研究者们利用哈勃太空望远镜指向X射线爆发的方向，对其进行更加精确的探测。哈勃太空望远镜确定，这些X射线并非来自银河系内的某一个单一源头，而是来自一个遥远星系外围区域的一个物质稠密的星团。经过仔细研究以及对X射线强度的分析，研究者们最终确定，这次强烈的X射线闪烁事件源于一个大约相当于5万个太阳质量的中等质量黑洞撕裂和吞噬一个邻近的恒星。

2020年3月31日，美国新罕布什尔大学空间科学中心的科学家林大成（音译）与合作者们共同在《天文物理期刊》（The Astrophysical Journal）上发表论文《对于超亮中等质量黑洞候选者3XMM J215022.4-055108的多波长跟进》（Multiwavelength Follow-up of the Hyperluminous Intermediate-mass Black Hole Candidate 3XMM J215022.4-055108），报告这个极为稀少的中等质量黑洞的发现过程。

对于宇宙中的黑洞，尤其是中等质量黑洞，人类还有诸多疑问：超巨型黑洞是否是由中等质量黑洞演化而来？中等质量黑洞又是如何产生，它们是否都处于致密的星团区域？想要解答这些问题，还需要发现更多的样本进行研究。也正是因为稀少，每一个中等质量黑洞都值得被仔细研究，这对于人类理解宇宙的历史以及预测宇宙的未来至关重要。