250萬光年外一顆恒星悄然消失，被一個黑洞取而代之

這張圖展示了一顆失敗的超新星在沒有爆炸的情況下直接變成黑洞

宇宙中的恒星都會以其獨特的方式演繹著生命的輪回。通常，當(dāng)一顆恒星的質(zhì)量達(dá)到太陽的八倍以上時，它將在生命的盡頭以超新星爆發(fā)的方式，壯烈地結(jié)束自己的旅程。

超新星爆發(fā)的過程非常劇烈，發(fā)出的光可以照亮其所在的整個星系，并持續(xù)幾個月之久。然而，天文學(xué)家最近發(fā)現(xiàn)了一顆恒星，跳過了超新星爆發(fā)的步驟，直接坍縮成了一個黑洞。

悄然消失的恒星

這顆不走尋常路的恒星名為M31-2014-DS1，位于250萬光年之遙的仙女座星系中。

2014年，恒星M31-2014-DS1被天文學(xué)家們注意到，它在中紅外波段開始變亮。在接下來的1000天里，它的亮度保持穩(wěn)定。但隨后，在2016年至2019年的另一個1000天里，它的亮度急劇下降。

到了2023年，它徹底從望遠(yuǎn)鏡的視野中消失，光學(xué)和近紅外成像均無法找到它的身影。

研究人員認(rèn)為，這顆恒星在誕生時質(zhì)量大約是太陽的20倍，但在生命的最后階段，僅剩下約6.7個太陽的質(zhì)量。觀測還表明，M31-2014-DS1正被一個新近才拋射出的塵埃殼所包圍，這符合超新星爆炸的特征，但沒有證據(jù)表明發(fā)生了光學(xué)爆發(fā)。

研究人員相信，他們可能目睹了一次“失敗超新星”的恒星坍縮現(xiàn)象。

250萬光年外的仙女座星系

恒星的歸宿

恒星為何會經(jīng)歷這樣的命運呢？這要從恒星的燃燒機(jī)制說起。

恒星通過核聚變反應(yīng)將氫轉(zhuǎn)化為氦，同時釋放出巨大的能量。當(dāng)它們的氫燃料耗盡時，氦元素會繼續(xù)聚變成更重的元素，直到鐵元素。

當(dāng)恒星的核心充滿無法反應(yīng)的鐵元素時，核聚變反應(yīng)無法繼續(xù)，恒星內(nèi)無法繼續(xù)產(chǎn)生足夠的能量對抗其外層物質(zhì)的引力，導(dǎo)致恒星開始向內(nèi)坍縮。

在大多數(shù)情況下，這種坍縮會觸發(fā)一場劇烈的超新星爆發(fā)，釋放出巨大的能量，并可能留下一個中子星或黑洞。然而，在某些情況下，它可能無法觸發(fā)超新星爆發(fā)，而是直接塌縮成一個黑洞，這就是所謂的“失敗超新星”，恒星M31-2014-DS1就是如此。

M31-2014-DS1的消失提供了一個難得的機(jī)會，讓科學(xué)家得以窺探這種罕見的現(xiàn)象。目前相關(guān)研究的論文已經(jīng)于10月18日發(fā)表在arXiv“預(yù)印本”網(wǎng)站。

不唯一的“失敗”超新星

“失敗”或疑似“失敗”的超新星通常難以被發(fā)現(xiàn)，這是因為它們悄然隱秘蹤跡，似乎什么也沒有發(fā)生。而超新星則不同，其亮度極高并突然出現(xiàn)在天空中，因此很難錯過，古代天文學(xué)家就記錄下了多起超新星事件。

NGC 6946星系（也被稱為“煙花星系”）

不過，M31-2014-DS1并不是天文學(xué)家們唯一發(fā)現(xiàn)的此類天體。

2009年，天文學(xué)家們曾發(fā)現(xiàn)另一顆被確認(rèn)的“失敗”超新星。它是一顆位于NGC 6946星系（也被稱為“煙花星系”）中的超紅巨星，被命名為N6946-BH1，質(zhì)量約相當(dāng)于25個太陽。在消失后，它只留下了微弱的紅外發(fā)光。它的亮度在2009年一度劇增到100萬倍太陽亮度，但到了2015年，通過光學(xué)觀測已經(jīng)無法看到它。

科學(xué)家曾使用LBT大型雙筒望遠(yuǎn)鏡觀測了27個臨近星系，尋找其中悄然消失的大質(zhì)量恒星。結(jié)果表明，有20%至30%的大質(zhì)量恒星可能會以“失敗”的超新星方式終結(jié)。然而，M31-2014-DS1和N6946-BH1是目前為數(shù)不多被確認(rèn)的觀測結(jié)果。

參考資料

https://www.livescience.com/space/black-holes/extremely-rare-failed-supernova-may-have-erased-a-star-from-the-night-sky-without-a-trace

https://phys.org/news/2024-11-star-andromeda-birth-black-hole.html

編譯：劉允

審核：北京天文館研究館員 李昕