一顆恒星悄無聲息的消失了,沒有任何的征兆,忽然不見了。
這個事件的主角是位于仙女座星系的一個編號為M31-2014-DS1的恒星,它的蹤跡最早隱藏在美國宇航局NEOWISE衛星的觀測數據里。
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這顆衛星原本是用來搜尋近地小行星,順帶全天空紅外巡天,2009到2022年間,每6個月就會給仙女座星系拍一次照。
研究團隊用圖像差分技術處理這些數據,尋找伴隨塵埃爆發的紅外瞬變源時,意外抓到了一個反常信號:這顆星從2014年開始,中紅外亮度在兩年里漲了50%,之后不到一年就跌回初始亮度以下,然后一路暗下去,再也沒有亮起來。
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這個奇怪的變化立刻讓天文學家警覺了起來。
難道它的坐標被發現了?遭受了光粒打擊?當然,這是科幻小說的情節。
我們需要一個科學的解釋。
在發現那場變化后,天文學家翻遍了地面和空間望遠鏡的所有存檔數據,拼出了這顆恒星完整的消亡軌跡:光學波段上,它的亮度從2016年到2019年暴跌了100倍;到2023年,即便是6.5米口徑的MMT望遠鏡,也完全無法在光學波段探測到它。
2022年哈勃太空望遠鏡恰巧拍到了這片天區,結果更驚人:光學F606W濾光片下,這顆星的位置空空如也,只有近紅外F814W濾光片能捕捉到一個極其微弱的光點,亮度比恒星鼎盛時期暗了1萬倍以上。
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會不會是恒星噴了一堆塵埃,把自己擋住了呢?
這恰恰是證明它徹底消亡的關鍵證據,如果只是塵埃遮擋,恒星核心的核聚變還在正常進行,那么光學波段的光會被塵埃吸收,再以紅外輻射的形式重新釋放出來,它的全波段總光度應該基本不變,甚至會更亮。
但M31-2014-DS1的情況完全相反:它的全波段總光度在幾年里直接下跌了10倍以上,這唯一的解釋就是它的發光源頭,恒星核心的核聚變停止了。
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為了弄清楚它消失的原因,團隊通過2005-2012年的哈勃、斯皮策望遠鏡存檔觀測,找到了它之前的狀態。
發現它此前被歸類為不規則變星V7984 M31B,曾被認為是紅超巨星候選者。
但詳細的光譜能量分布擬合顯示,它其實是一顆黃超巨星,有效溫度約4500K,亮度是太陽的10萬倍,周圍一直包裹著一圈塵埃殼。
這說明它在生命最后階段,一直在瘋狂“減重”,每年都會通過恒星風拋掉約萬分之一倍太陽質量的物質。
模型計算顯示,它剛誕生時質量約13倍太陽,到生命盡頭,整個恒星只剩下5倍太陽質量,絕大部分氫包層都被它自己的恒星風吹走,只剩薄薄一層0.28倍太陽質量的氫。
同時,多波段數據分析也排除了雙星伴星的干擾,避免了恒星合并等其他可能性的誤判。
所以這些數據都在表明,它已是即將死亡的大質量恒星,按道理,它應該是以超新星爆發的方式結束。
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悄無聲息的消失,這讓天文學家想到了一個可能:它沒有經歷超新星,而是直接坍縮為了黑洞!
但好好的恒星,為什么沒有炸,而是直接變成黑洞?
一切的關鍵,都在核心坍縮的那一瞬間,當大質量恒星核心的核聚變熄滅,再也沒有能量對抗引力時,核心會在幾分之一秒內劇烈坍縮,同時釋放出巨量中微子,正常的超新星爆發,正是中微子帶走的能量里,有一小部分驅動了向外的沖擊波,把恒星的外層大氣徹底炸飛。
但如果這個沖擊波太弱,就像這次的事件,核心坍縮產生的沖擊波能量只有10^47~10^48 erg,僅為正常超新星爆發能量的萬分之一到千分之一,根本推不動恒星的外層物質。
它不僅沒能把物質炸出去,反而讓外層物質在引力作用下掉頭向核心回落,也就是天文學家所說的“回落吸積”。
最終,這顆恒星98%的質量都坍縮到了一起,直接越過了中子星的質量上限,形成了一個約5倍太陽質量的恒星級黑洞。
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之前觀測到的紅外增亮,不過是沖擊波勉強蹭掉的不到0.1倍太陽質量的外層物質,冷卻后形成塵埃發出的微弱輻射,這連超新星亮度的零頭都夠不上。
其實在這次發現之前,天文學家只找到過一個靠譜的失敗超新星候選體——NGC 6946-BH1,它位于約2000萬光年外的旋渦星系里,距離是仙女座星系的8倍左右,觀測數據的精度和完整度都遠不如M31-2014-DS1,一直有學者質疑它是不是恒星合并造成的假象。
而這次的研究,不僅發現了仙女座這顆消失的恒星,還重新分析了NGC 6946-BH1,發現它的前身星也是一顆丟失了大部分氫包層的黃超巨星,演化軌跡和本次事件高度吻合,相當于給失敗超新星理論找到了兩個相互印證的證據。
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這次的發現,也徹底刷新了天文學家對大質量恒星死亡的認知。
此前我們普遍認為,10-20倍太陽質量的恒星,絕大多數都會以核心坍縮超新星的形式結束生命。
但這顆恒星的結局說明,哪怕是初始質量相同的恒星,能不能成功爆發,也充滿了不確定性。
這項研究于2026年2月發表于《科學》期刊。
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