250万光年外一颗恒星悄然消失，被一个黑洞取而代之
光明网2024-11-19 14:46
这张图展示了一颗失败的超新星在没有爆炸的情况下直接变成黑洞
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。
250万光年外的仙女座星系
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。
NGC 6946星系（也被称为“烟花星系”）
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NGC 6946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。
参考资料
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
编译：刘允
审核：北京天文馆研究馆员 李昕
来源：蝌蚪五线谱
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