消失的恆星可能在沒有經歷超新星爆炸的情況下直接變成黑洞

科學家們最近發現了一些令人信服的證據 這表明某些大質量恆星 可能並非通過劇烈的超新星爆炸 來結束自己的生命週期 而是以一種更爲溫和的方式 悄無聲息地直接坍縮成黑洞 在這一過程中 它們並未經歷超新星所特有的強烈光芒和能量釋放 而是平靜地消失在它們自身引力形成的黑洞之中 爲了理解爲什麼這很重要 我們必須從恆星演化的速成課程開始 恆星通過其核心中的核聚變過程產生能量 將氫轉化爲氦 對於一個質量至少是我們太陽八倍的恆星來說 當它們用完了氫氣 就會開始用其他元素 比如氦、碳、氧等來進行核聚變 這個過程會一直持續 直到恆星的核心變成了鐵 鐵是一個特殊的元素 因爲要讓鐵發生核聚變 需要的能量比它釋放出來的能量還要多 所以恆星在這個階段 就不能再通過核聚變來產生能量了 當恆星不能再通過核聚變來產生能量時 它就會失去對抗重力的力量 重力就像是一隻巨大的手 會把恆星的核心向內擠壓 導致核心崩潰 而恆星的外層則像是被彈開一樣 向外爆炸 這就是我們所說的超新星爆炸 超新星是非常亮的 有時候甚至可以比整個星系還要亮 而且這種亮度可以持續幾周 與此同時 崩潰的核心形成一個緊湊的物體 這個物體通常是一顆旋轉的中子星 稱爲脈衝星 但在某些條件下 它可能是一個恆星質量的黑洞 這是恆星時間線的一般故事 然而 天文學家現在開始接受這樣一種觀點 即一些產生黑洞的恆星 可能在沒有超新星爆炸的情況下這樣做 研究人員偶爾注意到失敗的超新星 恆星開始變亮 好像它們即將爆炸 但隨後卻失敗了並消失了 在其他地方 作爲觀察一個世紀的消失 和出現對象項目的一部分 由Beatrice Villeneuve領導的研究 通過研究舊照片版 發現那些舊版上的數十顆星星 現在根本看不到了 就像它們消失得無影無蹤 這些失敗的超新星和消失的恆星是否是證據 表明恆星在它們有機會爆炸之前 幾乎完全被拉入它們形成的黑洞 嗯 一些科學家相信 想象一下 如果你站在一顆即將崩潰的恆星表面 你可能會在某個瞬間 目睹這顆星星突然熄滅 就像是它從天空中消失了一樣 德國馬克思普朗克天體物理研究所的 Alejandro Wigner-Jiménez 在一份聲明中提到 天文學家實際上已經觀察到 一些明亮的星星在最近突然間就消失了 雖然這個觀點目前還只是一個理論 但他得到了強有力的支持 Wigner-Jiménez和他的團隊 研究了一個非常不尋常的升星系統 這個系統被命名爲VFTS-243 它在2022年被發現 位於大麥哲倫雲中的Tarantula星雲 這個系統非常特別 因爲它包含了一顆質量是太陽25倍的恆星 和一顆質量是太陽10倍的黑洞 這個黑洞很可能是由一顆質量巨大的恆星 在宇宙的時間尺度上相對較近的時期 結束其生命週期時形成的 這個發現非常令人興奮 因爲它爲我們提供了關於恆星如何演化 和結束其生命週期的新見解 它告訴我們 宇宙中可能存在一種我們之前 未曾完全理解的恆星消亡方式 Wigner-Jiménez說 VFTS-243是一個非凡的系統 儘管VFTS-243包含一個 已經坍縮成黑洞的恆星 但爆炸的痕跡無處可尋 例如 VFTS-243中恆星和黑洞 圍繞它們的共同質心的軌道 仍然是近乎原形的 然而 超新星爆炸是不對稱的 在一個方向上產生的能量 比另一個方向多 這應該給形成的緊湊物體一個nator kicks nator kicks 可以簡單地理解爲反衝力 這樣的nator kicks 會加速緊湊物體 時期軌道變寬 並變得更長 通常 這種nator kicks的速度 在每秒30到100公里之間 然而 VFTS-243中的黑洞 最多被kicks了每秒4公里 nator kicks的後果 以前在脈衝星中觀察到過 但從未在恆星質量的黑洞中觀察到過 這很可能告訴我們 有關恆星質量黑洞是如何形成的 VFTS-243 是迄今爲止 這一過程結果的最清晰視圖 nator kicks 是三件事的產物 從爆炸的恆星中噴射出的碎片 來自恆星崩潰核心的中微子爆發 以及引力波 然而 如果沒有超新星 就不會有碎片 只剩下中微子和引力波 來提供更小的力 這正是我們在VFTS-243中看到的 如果這是正確的 那麼這意味着 宇宙中最亮的許多最大質量的恆星 它們以沉默的黑暗結束它們的生命 因爲它們被拉入黑洞的遺忘之中 這也可能是 VFTS-243中存活的恆星 在其生命週期結束時的最終命運 還有更廣泛的影響 超新星爆炸是一個元素工廠 不僅像氧 碳核彈這樣的元素 在垂死的恆星的外層被炸入太空 在那裏 它們可以被回收到 下一代的恆星和行星中 超新星衝擊波的強烈熱量和能量 還可以導致在超新星碎片中 形成更重的元素 例如 超新星之所以能長時間 如此明亮的一個原因是 爆炸產生的涅槃位素的放射性衰變 導致骨和鐵的形成 然而 如果一些大質量恆星 在沒有超新星爆炸的情況下 完全坍縮成黑洞 那麼 它們就不能爲元素的 創造和回收做出貢獻 因此 宇宙化學家將需要將這一概念 如果它確實是真的 納入它們關於元素 是如何形成和在太空中傳播的模型中 只有這樣 它們才能開始完全理解 銀河系的化學演化 包括我們自己的 以及形成像地球這樣的 行星所需的必要元素 甚至可能是由爆炸恆星產生的 元素製造的生命 可以積累的速度有多快