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探索宇宙奧秘 · 理性思考
這顆名為M31-2014-DS1的恒星位于250萬光年外。從2004年到2023年,NASA的NEOWISE項目及多臺地基與空間望遠鏡持續追蹤它的身影。
2014年前,它還是仙女座星系中最明亮的恒星之一。2014年起,它的紅外輻射開始異常增強。隨后變故陡生:2016年,它在短短一年內迅速暗淡,亮度驟降至原先的萬分之一。
到2022年,這顆恒星在可見光和近紅外波段已徹底消失。如今只能通過中紅外波段探測到微弱余輝,亮度僅剩原先的十分之一。
研究團隊負責人、西蒙斯基金會計算天體物理中心的Kishalay De形容:"這就好比參宿四突然消失,所有人都會震驚不已。"
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傳統理論認為,大質量恒星死亡時會引發劇烈的超新星爆發。核心燃料耗盡后,引力坍縮會形成中子星。通常中微子釋放會產生強大沖擊波,撕裂恒星外層。
但此次觀測顯示,這顆約25倍太陽質量的恒星并未爆炸。它的核心直接坍縮成黑洞。關鍵在于對流機制。恒星內部存在巨大溫差,熱氣體持續對流運動。 當核心突然坍縮,外層氣體仍保持高速對流狀態。
這種運動帶來的角動量阻止了物質直接墜入黑洞。氣體像浴缸排水口的漩渦般緩慢盤旋,需要數十年而非數月才會被吞噬。研究團隊估算,僅有約1%的恒星包層氣體最終落入黑洞。
被拋射的物質冷卻形成塵埃,遮擋了中心區域,卻在紅外波段產生持久的紅色余輝。這解釋了為何恒星消失后我們仍能探測到紅外輻射。
這次發現并非孤例。研究團隊重新分析了十年前發現的NGC 6946-BH1,發現它遵循相同模式。這兩例觀測證實了一類新的天體物理現象:"失敗超新星"。
理論上,宇宙中約20%至30%的大質量恒星可能以這種方式終結。但此前人類僅發現零星線索,缺乏從恒星死亡到黑洞形成的連續光譜數據。M31-2014-DS1提供了跨度達18年的完整觀測鏈,為驗證恒星演化模型提供了黃金標準。
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這顆黑洞周圍的塵埃殼將持續輻射紅外光數十年。詹姆斯·韋伯太空望遠鏡未來幾十年的監測,有望繪制出黑洞誕生的標準樣本。
2024年初發射的愛因斯坦探針(EP)衛星配備"龍蝦眼"聚焦技術,對X射線暫現源極為敏感。它能捕捉黑洞形成瞬間吸積盤釋放的微弱X射線信號,補充紅外波段的觀測盲區。
高海拔宇宙線觀測站(LHAASO)雖主攻高能宇宙線,但其對伽馬暴的監測能力可約束恒星坍縮時的極端物理過程。未來發射的空間變源監視器(SVOM)將與法國合作,專門搜尋伽馬射線暴和恒星爆發事件。
這類設備對捕捉"失敗超新星"的早期信號至關重要。雖然此次發現依托美國主導的望遠鏡網絡,但中國正在建設的地面和空間監測體系,將為這類長周期暫現源研究貢獻東方視角。
這顆恒星的余輝將在紅外波段持續閃耀數十年。它不僅是黑洞誕生的活化石,更提醒我們:宇宙中最劇烈的死亡,有時竟如此安靜。而人類恰好站在這個250萬年前的歷史現場,目睹了一場無聲的黑色誕生。
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