新研究暗示，“消失”的恒星可能会变成黑洞，但不会变成超新星

一项关于奇异双星系统的新研究表明，从天空中消失的恒星可能会直接塌缩成黑洞，而不会先变成超新星。

科学家们发现了强有力的证据，表明一些大质量恒星以一声呜咽而不是一声巨响结束了自己的存在，并沉入了自己制造的黑洞，没有超新星的光芒和愤怒。

为了理解为什么这很重要，我们必须从恒星演化的速成课程开始。恒星通过其核心的核聚变过程产生能量，将氢转化为氦。当质量至少是太阳八倍的恒星耗尽氢供应时，它们会开始涉及其他元素的聚变反应——氦、碳、氧等，直到它们最终形成一个需要铁的惰性核心。投入聚变反应的能量多于其产生的能量。在这个阶段，聚变反应停止，支撑恒星的能量产生蒸发。突然间，引力开始自由支配，导致核心塌缩，而恒星的外层从收缩的核心反弹并向外爆炸——引发超新星，在几周内有时会比整个星系更亮。

与此同时，塌陷的核心形成了一个紧凑的物体。这个物体通常是一颗旋转的中子星，称为脉冲星，但在某些条件下，它可能是一个恒星质量的黑洞。这是恒星时间线的标准故事。然而，天文学家现在开始认识到，一些产生黑洞的恒星可能会在没有超新星爆炸的情况下产生黑洞。

相关：詹姆斯·韦伯望远镜在世界第一观测中看到了宇宙中最早的 3 个星系的“诞生”

研究人员偶尔会注意到失败的超新星的出现——恒星开始变亮，好像即将爆炸，但随后就会衰弱并消失。在其他地方，由比阿特丽斯·维拉罗尔 (Beatriz Villarroel) 领导的“一个世纪的观测期间消失和出现的物体”(VASCO) 项目的一部分，对旧照相底片的研究发现，这些旧底片上有数十颗星星，但现在根本就看不到了；他们就像消失得无影无踪。 

这些失败的超新星和消失的恒星是否可以证明恒星在有机会爆炸之前几乎完全被拉入它们形成的黑洞中？一些科学家认为，也许是这样。

马克斯·普朗克研究所的亚历杭德罗·维尼亚-戈麦斯说：“如果一个人站着凝视一颗正在经历完全坍缩的可见恒星，可能会在适当的时间看到一颗恒星突然熄灭并从天空中消失。”德国天体物理学在一份声明中。 “天文学家最近确实观察到明亮恒星的突然消失。”

尽管这个想法仍然只是一个理论，但它现在有了强有力的支持证据，即维尼亚-戈麦斯和他的团队研究的一个奇怪的二元系统。该系统被命名为 VFTS 243，于 2022 年被发现，位于大麦哲伦云中的狼蛛星云中；它包含一颗 25 个太阳质量的恒星和一个 10 个太阳质量的黑洞，从宇宙角度来看，这两个黑洞肯定是由一颗最近才结束生命的大质量恒星产生的。

“VFTS 243 是一个非凡的系统，”Vigna-Gómez 说道。 “尽管 VFTS 243 包含一颗坍缩成黑洞的恒星，但我们却找不到爆炸的痕迹。” 

例如，VFTS 243 中恒星和黑洞围绕其共同质心的轨道仍然接近圆形。然而，超新星爆炸是不对称的，一个方向产生的能量比另一个方向多一点，这应该会给紧凑的物体带来“出生踢”。这样的踢力会加速这个紧凑的物体，导致它的轨道变宽并变得更加拉长。通常情况下，这种冲击速度在每秒 30 到 100 公里（19 到 62 英里）之间，但 VFTS 243 中的黑洞最多每秒只被冲击 4 公里（2.5 英里）。

以前曾在脉冲星中观察到过出生踢的后果，但从未在恒星质量黑洞中观察到过。这很可能告诉我们一些关于恒星质量黑洞是如何形成的信息，而 VFTS 243 是迄今为止对这一过程结果最清晰的观察。

纳塔尔踢是三件事的产物：爆炸恒星中喷射出的碎片、恒星塌缩核心中的中微子爆发以及引力波。然而，如果没有超新星，就不会有碎片，只剩下中微子和引力波来提供小得多的反冲——这正是我们在 VFTS 243 中看到的。 

如果这是正确的，那么这意味着宇宙中许多发出如此明亮光芒的最大质量恒星，在被黑洞湮没的过程中，在寂静的黑暗中结束了自己的生命。这也可能是 VFTS 243 中幸存恒星到达生命终点时的最终命运。

还有更广泛的影响。超新星爆炸是一个元素工厂。垂死恒星外层中的氧、碳和氮等元素不仅会被喷射到太空中，在那里它们可以被回收到下一代恒星和行星中，超新星冲击波的强烈热量和能量甚至会导致形成超新星碎片中的重元素。例如，超新星长久以来如此明亮的原因之一是爆炸中产生的镍同位素的放射性衰变导致了钴和铁的形成。

然而，如果一些大质量恒星在没有超新星爆炸的情况下完全塌缩成黑洞，那么它们就无法对元素的产生和回收做出贡献。因此，如果这个概念确实正确，宇宙化学家将需要将其纳入元素如何形成和在空间中传播的模型中。只有这样，他们才能开始充分了解星系（包括我们自己的星系）的化学演化，以及形成像地球这样的行星所必需的元素，甚至可能由恒星爆炸产生的元素构成的生命，能够以多快的速度积累。

VFTS 243 的研究结果于 5 月 9 日发表在《物理评论快报》杂志上。 

最初发布于Space.com。