原创 连超新星爆发都省了!科学家首次观测到恒星直接坍缩成黑洞
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2026-02-20 13:20:43

今年2月12日,《科学》杂志发表了一项重磅天文发现:美国加州理工学院研究团队通过十余年的持续监测,首次完整观测到仙女座星系中名为M31-2014-DS1的大质量恒星,这个恒星的奇特之处在于未经历超新星爆发便直接坍缩成了黑洞,验证了大质量恒星演化理论的关键一环,相关观测数据来自NASA NEOWISE项目及多台地面、空间望远镜。

在宇宙的“恒星生死簿”里,大质量恒星的落幕多是一场轰轰烈烈的超新星爆发——就像宇宙放的巨型烟花,亮度能照亮整个星系,还会留下中子星或黑洞的“遗骸”。但M31-2014-DS1偏不走寻常路,在256万光年外的仙女座星系,上演了一场悄无声息的“消失秀”,让天文学家直呼“刷新认知”。

这颗恒星的“最后时光”被望远镜清晰记录:2014年起,它的红外辐射突然异常增亮,像是在生命尽头发出的最后一次“闪光”;没想到两年后的2016年,它的亮度开始断崖式下跌,整个变暗过程还不到一年,速度快得超出常规恒星演化规律。

到了2022-2023年,这颗恒星彻底“隐身”:可见光和近红外波段基本看不到它的踪迹,亮度只剩原先的万分之一,仅在中红外波段留了点微弱信号,亮度也跌到之前的十分之一 。如果说普通恒星的死亡是“盛大告别”,那它的死亡就是“默默退场”。

研究团队通过对比十余年的观测数据和理论模拟,终于揭开了它消失的谜底:这颗恒星的核心发生了引力坍缩,直接变成了黑洞,连超新星爆发的“环节”都省了。这背后的物理原理,说起来其实很有趣:正常情况下,大质量恒星耗尽核燃料后,核心会先坍缩成中子星,爆发产生的向外激波会把外层物质抛射出去,这就是超新星爆发。

但如果激波“没力气”,抛射不动外层物质,这些物质就会掉回中子星,让中子星“增重”后进一步坍缩,最终形成黑洞。此前这只是理论预测,而M31-2014-DS1的观测数据,首次给这个理论补上了“实锤”。

更有意思的是,研究还发现恒星外层的对流运动,在这场“无声坍缩”里扮演了“关键配角”。核心坍缩后,外层的高温气体并没有乖乖坠入黑洞,而是在对流作用下剧烈“翻腾”,挡住了内层物质的“下坠路”;内层物质只能绕着黑洞慢慢转圈,一点点被吸入。据估算,最终只有约1%的恒星包层物质掉进了黑洞,其余的都在宇宙中慢慢耗散,相当于这颗恒星给自己造的黑洞“喂饭”后还留了九成九,一点都不“慷慨”。

这一发现不仅解锁了恒星死亡的新方式,还让天文学家重新认识了十年前的一个“宇宙疑案”。研究团队回头分析了2009年发现的NGC 6946-BH1恒星,它也曾出现异常变亮后消失的特征,此前一直是个未解之谜,如今结合M31-2014-DS1的研究,确认它应该也是直接坍缩成黑洞的天体。

这意味着,这种“不爆炸直接成黑洞”的恒星,可能并不是宇宙中的“孤例”,而是一类此前被忽略的恒星死亡形式,据推测,或许有20%-30%的大质量恒星会以这种方式落幕 。

为什么这个发现能让天文界为之沸腾?因为它不仅验证并完善了大质量恒星坍缩成黑洞的理论模型,还为解开黑洞起源的谜题提供了关键线索。在此之前,人类对黑洞的形成大多是“理论推测”,而这次是“全程观测”,相当于拿到了恒星变黑洞的“高清录像”。

更重要的是,新生黑洞周围的尘埃碎屑会发出数十年的红外辐射,这就给了天文学家长期研究的机会。未来借助韦布空间望远镜等先进设备,科学家可以对这类天体持续监测,建立起恒星黑洞形成的“观测基准”,就像给宇宙制定了一份“恒星变黑洞的参考手册”。

从宇宙尺度来看,M31-2014-DS1的消失,只是250万光年外的一次微小宇宙事件,但对人类来说,却是探索宇宙规律的一大步。它让我们知道,宇宙的精彩远超出理论想象,恒星的死亡不止有“烟花绽放”,还有“悄然落幕”。而随着天文观测技术的进步,或许未来还会发现更多宇宙的“小惊喜”,让我们对恒星演化、黑洞形成的认识,变得越来越清晰。

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