一顆恒星消失了，神秘地被一個(gè)黑洞所取代

質(zhì)量大約是太陽(yáng)八倍的大質(zhì)量恒星在其生命的盡頭以超新星的形式爆炸。爆炸留下了黑洞或中子星，它們非常有活力，可以在幾個(gè)月內(nèi)超過(guò)它們的宿主星系。

然而，天文學(xué)家似乎發(fā)現(xiàn)了一顆大質(zhì)量恒星，它跳過(guò)了爆炸，直接變成了一個(gè)黑洞。

恒星正在平衡向外的聚變力和自身引力的內(nèi)向力。當(dāng)一顆大質(zhì)量恒星進(jìn)入最后的演化階段時(shí)，它開(kāi)始耗盡氫，其聚變減弱。

其聚變產(chǎn)生的向外力再也無(wú)法抵消恒星的強(qiáng)大引力，恒星自行坍縮。結(jié)果是超新星爆炸，這是一場(chǎng)摧毀恒星并留下黑洞或中子星的災(zāi)難性事件。

然而，有時(shí)這些恒星似乎不會(huì)以超新星的形式爆炸，而是直接變成黑洞.

新的研究表明，仙女座星系 （M31） 中的一顆大質(zhì)量、貧氫超巨星是如何未能以超新星的形式引爆的。

研究是”一顆大質(zhì)量恒星的消失標(biāo)志著 M31 黑洞的誕生."該研究的主要作者是麻省理工學(xué)院 Kavli 天體物理學(xué)和空間研究所的博士后學(xué)者 Kishalay De。

這些類型的超新星被稱為核心坍縮超新星，也稱為 II 型。它們相對(duì)罕見(jiàn)，在銀河系中大約每 100 年發(fā)生一次。

科學(xué)家們對(duì)超新星感興趣，因?yàn)樗鼈冐?fù)責(zé)產(chǎn)生許多重元素，而它們的沖擊波可以觸發(fā)恒星的形成。它們還會(huì)產(chǎn)生可以到達(dá)地球的宇宙射線。

這項(xiàng)新研究表明，我們可能并不像我們想象的那么了解超新星。

這顆恒星被命名為 M31-2014-DS1。天文學(xué)家在 2014 年注意到它在中紅外 （MIR） 中變亮。一千天以來(lái)，它的亮度是恒定的。然后，在 2016 年至 2019 年的另外一千天里，它急劇褪色。

它是一顆變星，但這并不能解釋這些波動(dòng)。2023 年，它在深光學(xué)和近紅外 （NIR） 成像觀測(cè)中未被發(fā)現(xiàn)。

研究人員說(shuō)，這顆恒星出生時(shí)的初始質(zhì)量約為 20 顆恒星質(zhì)量，并以大約 6.7 顆恒星質(zhì)量達(dá)到其末端核燃燒階段。

他們的觀測(cè)表明，這顆恒星被最近噴出的塵埃殼包圍，這與超新星爆炸一致，但沒(méi)有證據(jù)表明存在光學(xué)爆發(fā)。

作者寫道：“M31-2014-DS1 的戲劇性和持續(xù)衰落在大質(zhì)量演化恒星的變率景觀中是特殊的。

“M31-2014-DS1 中光度的突然下降表明核燃燒停止，隨后的沖擊未能克服落入的物質(zhì)。”

超新星爆炸的威力如此之大，以至于它完全克服了下落的物質(zhì)。

作者解釋說(shuō)：“由于缺乏任何證據(jù)證明在如此接近的地方發(fā)生了發(fā)光爆發(fā)，對(duì)M31-2014-DS1的觀測(cè)表明了導(dǎo)致恒星核心坍縮的'失敗'SN的特征。

是什么讓一顆恒星不能像超新星一樣爆炸，即使它的質(zhì)量是適合爆炸的呢？

超新星是復(fù)雜的事件。坍縮核心內(nèi)部的密度如此極端，以至于電子被迫與質(zhì)子結(jié)合，從而產(chǎn)生中子和中微子.這個(gè)過(guò)程稱為中子化，它會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的中微子爆發(fā)，攜帶著恒星靜止質(zhì)量能量的 10% 左右。爆發(fā)稱為中微子休克。

中微子得名于它們呈電中性并且很少與常規(guī)物質(zhì)相互作用的事實(shí)。每秒，大約有 4000 億個(gè)來(lái)自太陽(yáng)的中微子穿過(guò)地球上的每個(gè)人。

但在致密的恒星核心中，中微子密度非常極端，以至于其中一些將能量沉積到周圍的恒星物質(zhì)中。這會(huì)加熱材料，從而產(chǎn)生沖擊波。

中微子沖擊總是停滯不前，但有時(shí)它會(huì)復(fù)活。當(dāng)它復(fù)活時(shí)，它會(huì)引發(fā)爆炸并驅(qū)逐超新星的外層。如果它沒(méi)有復(fù)活，沖擊波就會(huì)失效，恒星就會(huì)坍縮并形成一個(gè)黑洞。

在 M31-2014-DS1 中，中微子休克沒(méi)有恢復(fù)。研究人員能夠限制恒星噴出的物質(zhì)數(shù)量，它遠(yuǎn)低于超新星噴出的物質(zhì)數(shù)量。

“這些限制意味著大多數(shù)恒星物質(zhì)（？5 個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量）坍縮到核心中，超過(guò)了中子星 （NS） 的最大質(zhì)量并形成了 BH，”他們總結(jié)道。

這顆恒星大約 98% 的質(zhì)量坍縮并形成了一個(gè)質(zhì)量約為 6.5 個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量的黑洞。

M31-2014-DS1并不是天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)的唯一一顆失敗的超新星，或者說(shuō)候選失敗的超新星。它們很難被發(fā)現(xiàn)，因?yàn)樗鼈兊奶攸c(diǎn)是沒(méi)有發(fā)生的事情，而不是發(fā)生了什么。超新星很難錯(cuò)過(guò)，因?yàn)樗浅Ｃ髁?，而且突然出現(xiàn)在天空中。古代天文學(xué)家的記錄他們中的幾個(gè).

2009 年，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)了唯一另一顆已確認(rèn)的失敗超新星。它是 NGC 6946 中的一顆超巨星，即“煙花星系”。它被命名為 N6946-BH1，大約有 25 個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量。

從視野中消失后，只留下微弱的紅外光芒。2009 年，它的光度增加到 100 萬(wàn)太陽(yáng)光度，但到 2015 年，它已經(jīng)消失在光中。

使用大型雙筒望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行的一項(xiàng)調(diào)查監(jiān)測(cè)了附近的 27 個(gè)星系，尋找消失的大質(zhì)量恒星。結(jié)果表明，20% 到 30% 的大質(zhì)量恒星可以以失敗的超新星結(jié)束它們的生命。然而，M31-2014-DS1 和 N6946-BH1 是唯一得到證實(shí)的觀測(cè)結(jié)果。

本文最初由今日宇宙.閱讀原創(chuàng)文章.

寶寶起名