250万光年外一颗恒星悄然消失,被一个黑洞取而代之

  来源:蝌蚪五线谱

  宇宙中的恒星都会以其独特的方式演绎着生命的轮回。通常,当一颗恒星的质量达到太阳的八倍以上时,它将在生命的尽头以超新星爆发的方式,壮烈地结束自己的旅程。

  超新星爆发的过程非常剧烈,发出的光可以照亮其所在的整个星系,并持续几个月之久。然而,天文学家最近发现了一颗恒星,跳过了超新星爆发的步骤,直接坍缩成了一个黑洞。

  悄然消失的恒星

  这颗不走寻常路的恒星名为 M31-2014-DS1,位于 250 万光年之遥的仙女座星系中。

  2014 年,恒星 M31-2014-DS1 被天文学家们注意到,它在中红外波段开始变亮。在接下来的 1000 天里,它的亮度保持稳定。但随后,在 2016 年至 2019 年的另一个 1000 天里,它的亮度急剧下降。

  到了 2023 年,它彻底从望远镜的视野中消失,光学和近红外成像均无法找到它的身影。

  研究人员认为,这颗恒星在诞生时质量大约是太阳的 20 倍,但在生命的最后阶段,仅剩下约 6.7 个太阳的质量。观测还表明,M31-2014-DS1 正被一个新近才抛射出的尘埃壳所包围,这符合超新星爆炸的特征,但没有证据表明发生了光学爆发。

  研究人员相信,他们可能目睹了一次“失败超新星”的恒星坍缩现象。

  恒星的归宿

  恒星为何会经历这样的命运呢?这要从恒星的燃烧机制说起。

  恒星通过核聚变反应将氢转化为氦,同时释放出巨大的能量。当它们的氢燃料耗尽时,氦元素会继续聚变成更重的元素,直到铁元素。

  当恒星的核心充满无法反应的铁元素时,核聚变反应无法继续,恒星内无法继续产生足够的能量对抗其外层物质的引力,导致恒星开始向内坍缩。

  在大多数情况下,这种坍缩会触发一场剧烈的超新星爆发,释放出巨大的能量,并可能留下一个中子星或黑洞。然而,在某些情况下,它可能无法触发超新星爆发,而是直接塌缩成一个黑洞,这就是所谓的“失败超新星”,恒星 M31-2014-DS1 就是如此。

  M31-2014-DS1 的消失提供了一个难得的机会,让科学家得以窥探这种罕见的现象。目前相关研究的论文已经于 10 月 18 日发表在 arXiv“预印本”网站。

  不唯一的“失败”超新星

  “失败”或疑似“失败”的超新星通常难以被发现,这是因为它们悄然隐秘踪迹,似乎什么也没有发生。而超新星则不同,其亮度极高并突然出现在天空中,因此很难错过,古代天文学家就记录下了多起超新星事件。

  不过,M31-2014-DS1 并不是天文学家们唯一发现的此类天体。

  2009 年,天文学家们曾发现另一颗被确认的“失败”超新星。它是一颗位于 NGC6946 星系(也被称为“烟花星系”)中的超红巨星,被命名为 N6946-BH1,质量约相当于 25 个太阳。在消失后,它只留下了微弱的红外发光。它的亮度在 2009 年一度剧增到 100 万倍太阳亮度,但到了 2015 年,通过光学观测已经无法看到它。

  科学家曾使用 LBT 大型双筒望远镜观测了 27 个临近星系,寻找其中悄然消失的大质量恒星。结果表明,有 20% 至 30% 的大质量恒星可能会以“失败”的超新星方式终结。然而,M31-2014-DS1 和 N6946-BH1 是目前为数不多被确认的观测结果。