據(jù)2026年2月發(fā)表在《科學(xué)》雜志上的論文證實(shí),人類首次通過天文觀測看到一顆恒星突然消失、直接坍縮為一顆黑洞的過程!
這一研究成果解釋了“為何有些大質(zhì)量恒星不爆炸、直接變黑洞”,改寫了關(guān)于恒星演化和黑洞起源的認(rèn)知,表明大質(zhì)量恒星并不一定要經(jīng)過超新星爆發(fā)才會(huì)形成黑洞,而是有一定幾率跳過這一步,直接變?yōu)楹诙础?/p>
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天文學(xué)家此前有記錄到疑似的案例,例如一顆距離我們2200萬光年,約25倍太陽質(zhì)量的恒星NGC 6946-BH1,在2015年突然變暗、2017年完全消失,天文學(xué)家推測其可能直接演變成了黑洞。不過由于沒有通過天文觀測記錄到該恒星完整的消失過程,無法排除塵埃遮擋、雙星合并等其它解釋,所以這一推測未被證實(shí)。
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現(xiàn)在天文學(xué)家終于有了新的證據(jù)!這一首次被天文觀測證實(shí),跳過超新星爆發(fā)直接演變成黑洞的恒星編號(hào)為M31-2014-DS1。它位于仙女座星系內(nèi),距離地球大約250萬光年,約20倍太陽質(zhì)量。
為了研究它,天文學(xué)家進(jìn)行了持續(xù)10多年的觀測。2005年對(duì)其進(jìn)行首次觀測,2014年發(fā)現(xiàn)其紅外輻射異常增亮,這暗示其可能進(jìn)入了生命末期,2016年發(fā)現(xiàn)其亮度斷崖式暴跌,2023年發(fā)現(xiàn)其在可見光和近紅外波段完全消失,僅中紅外波段殘留微弱信號(hào)。
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期間,天文學(xué)家通過多臺(tái)望遠(yuǎn)鏡從多個(gè)波段對(duì)這一過程進(jìn)行了記錄,證實(shí)其突然消失的過程中沒有任何超新星爆發(fā)的跡象,并且還通過完整的光變曲線排除了其它可能性。這些完整的證據(jù)鏈證實(shí),該恒星激波失敗,未能發(fā)生超新星爆發(fā),而直接坍縮成為了黑洞。
因此,M31-2014-DS1成為了人類首個(gè)通過連續(xù)觀測、確鑿證據(jù)證實(shí)由恒星直接坍縮為黑洞的案例,直接證實(shí)了“恒星直接變黑洞”的理論預(yù)言。
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通常情況下,當(dāng)這種大質(zhì)量恒星內(nèi)部的核聚變過程抵達(dá)終點(diǎn)、燃料耗盡后,內(nèi)部輻射壓和自身引力的動(dòng)態(tài)平衡便會(huì)被徹底打破,失去了輻射壓的支撐,這將導(dǎo)致恒星內(nèi)部的物質(zhì)向核心處坍縮。在這種劇烈的收縮過程中,高速向內(nèi)的物質(zhì)最終還會(huì)猛然反彈,從而產(chǎn)生超強(qiáng)激波,然后將整個(gè)恒星外殼炸飛,形成猛烈爆炸,這便是超新星爆發(fā)。
這一過程往往會(huì)讓一顆恒星損失過半質(zhì)量,并將這些物質(zhì)高速拋向宇宙空間。這種極端過程會(huì)釋放出巨大的能量,使得該恒星的亮度在瞬間超過整個(gè)星系,并且這種遠(yuǎn)超恒星內(nèi)部的極端高溫、高壓環(huán)境,還會(huì)將部分輕元素聚變成金、鉑等重元素。
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恒星究竟是坍縮成中子星還是黑洞,關(guān)鍵在于坍縮后的核心質(zhì)量是否能夠超過奧本海默極限(2~3倍的太陽質(zhì)量)。一般來說,初始質(zhì)量在20~25倍太陽質(zhì)量以上的恒星,超新星爆發(fā)后余下的核心質(zhì)量便能超過奧本海默極限,最終形成黑洞。
而這種恒星跳過超新星爆發(fā)過程、直接坍縮為黑洞的案例,是因?yàn)榧げㄟ^程失敗,未能將恒星外殼炸飛,所以沒有產(chǎn)生超新星爆發(fā)。激波失敗后,外層物質(zhì)在引力作用下回落,內(nèi)核物質(zhì)受到極端壓迫而坍縮為黑洞,最終將整顆恒星完全吞噬,消失在我們的視野中。
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黑洞是宇宙中一種極為神秘、引力場極為強(qiáng)大的天體,無法直接看見,卻幾乎能吞噬一切,連光也無法逃脫。太陽也是一顆恒星,那么它未來會(huì)演變成可怕的黑洞嗎?
可以肯定,從現(xiàn)有理論來看,太陽絕沒有演變成黑洞的可能。被銀河系中其它潛在暗處的黑洞吞噬掉,倒是有極小的可能性。
因?yàn)樘枌儆邳S矮星,質(zhì)量在宇宙中處于中等水平,壽命大約100多億年。恒星的質(zhì)量不僅對(duì)其壽命起決定性作用,還決定了其進(jìn)入生命末期后的演化方向。像太陽這種質(zhì)量大小的恒星,進(jìn)入生命末期后,雖然體積會(huì)膨脹并成為紅巨星,但并不會(huì)發(fā)生超新星爆發(fā),而是會(huì)因?yàn)槟┢趧×液朔磻?yīng)所產(chǎn)生的輻射將外層物質(zhì)不斷吹向宇宙空間,最終化作行星狀星云。余下的核心質(zhì)量由于無法超過錢德拉塞卡極限,只會(huì)坍縮成白矮星,而不會(huì)變?yōu)橹凶有牵粫?huì)變?yōu)楹诙础?/p>
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太陽誕生至今估計(jì)已有46億年,從其生命周期來講,尚處壯年。其實(shí),對(duì)于人類文明來說,太陽的命運(yùn)還輪不到我們操心,因?yàn)槿祟惸鼙环Q為文明的階段不到1萬年,能否再延續(xù)100萬年都尚未可知,更何況是很多億年以后的事!
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