探索宇宙奧秘 · 理性思考

這顆名為M31-2014-DS1的恒星位于250萬(wàn)光年外。從2004年到2023年，NASA的NEOWISE項(xiàng)目及多臺(tái)地基與空間望遠(yuǎn)鏡持續(xù)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(kāi)始異常增強(qiáng)。隨后變故陡生：2016年，它在短短一年內(nèi)迅速暗淡，亮度驟降至原先的萬(wàn)分之一。

到2022年，這顆恒星在可見(jiàn)光和近紅外波段已徹底消失。如今只能通過(guò)中紅外波段探測(cè)到微弱余輝，亮度僅剩原先的十分之一。

研究團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人、西蒙斯基金會(huì)計(jì)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(huì)震驚不已。"

傳統(tǒng)理論認(rèn)為，大質(zhì)量恒星死亡時(shí)會(huì)引發(fā)劇烈的超新星爆發(fā)。核心燃料耗盡后，引力坍縮會(huì)形成中子星。通常中微子釋放會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大沖擊波，撕裂恒星外層。

但此次觀測(cè)顯示，這顆約25倍太陽(yáng)質(zhì)量的恒星并未爆炸。它的核心直接坍縮成黑洞。關(guān)鍵在于對(duì)流機(jī)制。恒星內(nèi)部存在巨大溫差，熱氣體持續(xù)對(duì)流運(yùn)動(dòng)。 當(dāng)核心突然坍縮，外層氣體仍保持高速對(duì)流狀態(tài)。

這種運(yùn)動(dòng)帶來(lái)的角動(dòng)量阻止了物質(zhì)直接墜入黑洞。氣體像浴缸排水口的漩渦般緩慢盤(pán)旋，需要數(shù)十年而非數(shù)月才會(huì)被吞噬。研究團(tuán)隊(duì)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(zhì)冷卻形成塵埃，遮擋了中心區(qū)域，卻在紅外波段產(chǎn)生持久的紅色余輝。這解釋了為何恒星消失后我們?nèi)阅芴綔y(cè)到紅外輻射。

這次發(fā)現(xiàn)并非孤例。研究團(tuán)隊(duì)重新分析了十年前發(fā)現(xiàn)的NGC 6946-BH1，發(fā)現(xiàn)它遵循相同模式。這兩例觀測(cè)證實(shí)了一類新的天體物理現(xiàn)象："失敗超新星"。

理論上，宇宙中約20%至30%的大質(zhì)量恒星可能以這種方式終結(jié)。但此前人類僅發(fā)現(xiàn)零星線索，缺乏從恒星死亡到黑洞形成的連續(xù)光譜數(shù)據(jù)。M31-2014-DS1提供了跨度達(dá)18年的完整觀測(cè)鏈，為驗(yàn)證恒星演化模型提供了黃金標(biāo)準(zhǔn)。

這顆黑洞周?chē)膲m埃殼將持續(xù)輻射紅外光數(shù)十年。詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡未來(lái)幾十年的監(jiān)測(cè)，有望繪制出黑洞誕生的標(biāo)準(zhǔn)樣本。

2024年初發(fā)射的愛(ài)因斯坦探針（EP）衛(wèi)星配備"龍蝦眼"聚焦技術(shù)，對(duì)X射線暫現(xiàn)源極為敏感。它能捕捉黑洞形成瞬間吸積盤(pán)釋放的微弱X射線信號(hào)，補(bǔ)充紅外波段的觀測(cè)盲區(qū)。

高海拔宇宙線觀測(cè)站（LHAASO）雖主攻高能宇宙線，但其對(duì)伽馬暴的監(jiān)測(cè)能力可約束恒星坍縮時(shí)的極端物理過(guò)程。未來(lái)發(fā)射的空間變?cè)幢O(jiān)視器（SVOM）將與法國(guó)合作，專門(mén)搜尋伽馬射線暴和恒星爆發(fā)事件。

這類設(shè)備對(duì)捕捉"失敗超新星"的早期信號(hào)至關(guān)重要。雖然此次發(fā)現(xiàn)依托美國(guó)主導(dǎo)的望遠(yuǎn)鏡網(wǎng)絡(luò)，但中國(guó)正在建設(shè)的地面和空間監(jiān)測(cè)體系，將為這類長(zhǎng)周期暫現(xiàn)源研究貢獻(xiàn)東方視角。

這顆恒星的余輝將在紅外波段持續(xù)閃耀數(shù)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(shí)竟如此安靜。而人類恰好站在這個(gè)250萬(wàn)年前的歷史現(xiàn)場(chǎng)，目睹了一場(chǎng)無(wú)聲的黑色誕生。