天文學家首次觀察到恒星直接坍縮成黑洞

來源：科技日報

科技日報記者 張夢然

天文學家首次完整觀測到一顆大質量恒星在生命終點并未經歷超新星爆發，而是直接坍縮形成黑洞。這項發現基于對該恒星長達十余年的持續監測與歷史數據綜合分析，為理解恒星如何演化為黑洞提供了迄今最完整的物理圖景。相關研究成果12日發表于《科學》雜志，其標志著人類對恒星終結與黑洞形成機制的認識進入新階段。

這顆名為M31-2014-DS1的恒星位于距地球約250萬光年的仙女座星系。美國加州理工學院研究團隊分析了2005年至2023年間來自美國國家航空航天局NEOWISE項目及其他多臺地面與空間望遠鏡的觀測數據，發現該恒星的紅外輻射自2014年起異常增亮，隨后在2016年亮度急劇下降，整個變暗過程持續不到一年。在2022年至2023年，該恒星在可見光與近紅外波段已基本不可見，亮度僅為原先的萬分之一，僅在熱輻射更強的中紅外波段留存微弱信號，亮度亦降至之前的十分之一。

通過對比觀測數據與理論模擬，團隊認為亮度驟降并最終消失的現象強烈表明，該恒星核心發生了引力坍縮并形成了黑洞。通常，大質量恒星在耗盡核燃料后，核心會先坍縮為中子星，并借由中微子爆發產生向外激波，觸發超新星爆炸。但理論預測，若激波未能拋射外層物質，物質將回落到中子星上，使其進一步坍縮成黑洞。此次觀測首次為這一過程提供了直接證據。

研究還揭示，恒星外層的對流運動在此過程中扮演關鍵角色。核心坍縮后，外層高溫氣體仍在對流作用下劇烈運動，阻礙物質直接墜入黑洞；內層物質會沿黑洞外圍作緩慢的圓周運動，并逐漸被吸入。據估算，僅有約1%的恒星包層物質最終落入黑洞，其余部分在漫長的時間尺度上緩慢耗散。

基于這一認識，團隊重新審視了十年前發現的另一顆具有類似光變特征的恒星NGC 6946-BH1，并確認它也應歸類于“直接坍縮為黑洞”的天體。如今看來，它們可能代表了一類此前未被充分認識的恒星死亡形式。

總編輯圈點

這項研究迅速在天文界引起廣泛關注，因為其不僅驗證并完善了大質量恒星坍縮形成黑洞的理論模型，也為解釋黑洞的起源提供了關鍵線索。更關鍵的是，一個新生黑洞，它周圍塵埃碎屑發出的紅外輻射將持續數十年。那么，未來借助包括韋布空間望遠鏡在內的諸多天文設備，人們就能對類似天體進行長期監測，從而建立關于恒星黑洞形成的觀測基準。