@ 2017.06.02 , 12:00
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不经超新星爆发,恒星也能形成黑洞

天文学家观测到一个大质量的衰亡恒星可能重生为了一个黑洞。科学家利用大双筒望远镜(LBT)和NASA的哈勃和斯皮策空间望远镜观察这个恒星的残骸,但结果发现这个恒星不见了。该发现已经发表在皇家天文学会月报上。

沉默中灭亡,而不是爆发。

这个恒星质量是我们的太阳的25倍,按理应该产生极其明亮的超新星爆发。然而事实上,它失败了,留下了一个黑洞。

俄亥俄州立大学天文学教授Christopher Kochanek说道,类似于这种的“巨大失败”能够解释为什么天文学家很少观测到最大质量恒星的超新星爆发。

多达30%的这种恒星似乎会静悄悄地坍缩成黑洞,并不会产生超新星爆发。

不经超新星爆发,恒星也能形成黑洞
原文五图合一。credit: 煎蛋画师Zagon

Kochanek解释道:“最常见的观点是恒星形成黑洞必然会经历超新星爆发。如果恒星不必经历超新星爆发就能形成黑洞,那么就有助于解释为什么我们无法看到大质量恒星的超新星爆发了。”

天文学家观测的这个星系名叫NGC 6946,为距地2200万光年远的旋涡星系,有一个外号叫“烟花星系”,因为那里经常发生超新星爆发。从2009年起,一个特别的名叫N6946-BH1的恒星光芒开始变弱,到2015年就完全看不到了。

不经超新星爆发,恒星也能形成黑洞
credit: 煎蛋画师Zagon

在利用LBT寻找“失败超新星”的巡天(项目)注意到该恒星后,天文学家利用哈勃和斯皮策空间望远镜检视该恒星是否仍然存在,只不过是变得黯淡了。他们还利用斯皮策望远镜搜索从该地点放射的任何红外辐射。这会是该恒星仍旧存在但可能隐藏在尘埃云中的标志。

所有的测试都表现出否定的结果。恒星不在那里了。经过细心的排除,研究者最终总结道该恒星肯定是变成黑洞了。

对于该项目,想准确知道恒星产生超新星爆发失败的普遍性还为时过早,不过前俄亥俄州立大学学生Scott Adams博士提出了一个初步估计。“N6946-BH1是我们在研究的头七年中发现的唯一一个可能超新星爆发失败的恒星。同一时期,我们还检测到在那个星系中还发生了6次正常的超新星爆发,这表明可能有10%到30%的大质量恒星会作为失败的超新星而衰亡。”

“这一部分正好就能解释我们研究的初衷,即如果每个恒星都是轰轰烈烈地死亡,那么为什么观测到的超新星爆发远比理论上的少。”


Credit: NASA’s Goddard Space Flight Center/Katrina Jackson

该发现有意思的是其暗含了LIGO(激光干涉引力波天文台)实验通过引力波检测到的黑洞的由来。

论文共同作者、俄亥俄州立大学天文学教授Krzysztof Stanek说道,以前的这种说法不一定说得通,即大质量恒星在经历超新星爆发并将大量外层物质吹到宇宙中后,仍然有足够的物质形成LIGO可以检测到的那种规模的大质量黑洞。

他总结道:“如果没有超新星爆发,那么我怀疑形成非常大质量的黑洞可能会容易得多。”

论文原文:DOI: 10.1093/mnras/stx816

本文译自 phys,由译者 CliffBao 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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TOTAL COMMENTS: 22+1

  1. wjking512
    @8 months ago
    3466638

    不经超新星爆发也能形成黑洞,那原来恒星形成黑洞是要经过超新星这一过程的?

  2. 3466640

    报告,又有一颗恒星的能源已经消耗完了。我们重新换一颗来充能吧?
    好的,再找一颗大个点的。不然用不了多久又得换一颗。记得防止出现安全事故。上回别的星系又有一颗抽太快导致爆炸了。

  3. 3466647

    与人类社会很像啊,很多人从小长大后,不声不响地就投入了恶魔的阵营。。。

  4. 3466665

    什么原因导致的爆发失败

  5. 3466682

    也许是另一个黑洞飘过,把它吸进去了。

  6. 3466695

    恒星名字怎么像番号

  7. 捡了个双黄
    @8 months ago
    3466712

    这些研究是不是除了有限的观察到以外全靠脑补.

  8. 3466722

    @wjking512: 恒星质量很大,之所以没坍塌成白矮星中子星是因为核聚变产生向外的力和引力平衡。等恒星没燃料了开始氦聚变爆发更多能量剧烈爆炸就变成超新星了。剩下的坍塌变成黑洞啥的

  9. bankichi
    @8 months ago
    3466741

    这张插画我给满分

  10. 柴郡猫
    @8 months ago
    3466820

    @karas: /若有所思状,孩子你走出了一条前人没有探索过的新路啊,我有预感以后天文学家在蛋友占比猛增

  11. 玄武岩脑袋
    @8 months ago
    3466837

    25倍太阳,不是很大的星星,看来需要更大的才能爆发

  12. 3466903

    画师好厉害

  13. 3467020

    @Johnny: 第一句之后都是扯淡。聚变放出的能量是随着原子序数增加而减少的,到铁开始不释放能量。当大质量恒星核心聚变燃料经历氢-氦-碳-氧…直到铁,聚变压力小于重力导致崩塌收缩,恒星外层爆发性向外反弹才导致超新星。而这只是二型超新星中的一种。

  14. 3467052

    测试一下新的评论框

  15. 死胖子
    @8 months ago
    3467096

    还以为是gw170104…还在想煎蛋小编什么时候有看prl的习惯,不过那篇挺值得翻译的~

  16. 3467102

    螺旋星系 → 旋涡星系
    在LBT巡天认为该恒星超新星爆发失败后 → 在利用LBT寻找“失败超新星”的巡天(项目)注意到该恒星后

  17. 3467186

    以后要番号是不是可以:老天文学家请报告恒星编号

  18. 赖猫咯
    @8 months ago
    3467316

    @NFCV: 不对,是核心的氢燃料用尽,开始用更重元素反应,比氢重的元素需要更高的核心反应温度,导致恒星整体膨胀,称为红巨星。
    当红巨星聚合反应到铁时释放的能量比聚合所需的能量小,能量不足停止了聚合。内核开始塌缩,产生超强引力将外层气体超高速砸向内核并剧烈爆炸,就叫做超新星

  19. 3467460

    @赖猫咯: 我不就是大概这个意思么

  20. 3467509

    略微补充一点:关于超新星爆发,关键其实还不是坍塌,而是坍塌之后的反弹(其实不是反弹,但暂时找不到合适的词了)。坍塌的时候,由于简并电子压力无法抵御引力,电子被质子捕获形成中子,并释放出中微子。此外,由于坍塌速度极快,全过程不到1秒,导致核心温度奇高,可以达到1000亿度。如此之高的温度会产生大量中微子-反中微子对。在中微子逃离内核的过程中,有1%的能量传递给了普通物质,这就是我们看到的超新星爆发。

    如果核心质量不算太高的话,简并中子压力就可以抵抗坍塌,那么中微子必然会逃脱,超新星爆发也就不可避免。但如果核心质量超过8个太阳质量,那么坍塌会形成黑洞。任何物质都无法逃脱黑洞,包括中微子。假如中心形成黑洞,那么只有一部分中微子逃脱,那么超新星的规模就会比较小。假如质量很大的话,绝大多数中微子都来不及逃脱,那么就根本没有超新星。

    但即使如此,也很难设想恒星的所有物质都被立刻吸入黑洞中,外围物质应该不会那么快吸入。这种情况下,这些外围物质会形成吸积盘而逐渐落入黑洞中,而上下会出现两股喷流用以释放角动量。由于喷流很窄,地球未必那么幸运正对着它,那么看起来就好像是消失了。

    总之,理论上早已预测过超巨星可能会直接生成黑洞而不经历超新星爆发。但这是第一个实际的例子。假如这个例子证明可信的话,那对恒星理论是个很大的鼓舞。

  21. 3467517

    另外,文中最后一部分提到“暗含了LIGO(激光干涉引力波天文台)实验通过引力波检测到的黑洞的由来”,这是因为LIGO发现的三个引力波例子所涉及的都是很大的恒星质量黑洞合并的例子。第一个引力波事件是两个34太阳质量和29太阳质量的黑洞合并,合并过程中有3个太阳质量消失了,变成引力波能量。第三个引力波事件是31和19个太阳质量的黑洞合并。第二个引力波事件略小,但也是14和7个太阳质量的黑洞合并。这给人感觉是几十个太阳质量的恒星黑洞比比皆是,一抓一大把。

    但假如恒星转化为黑洞都需要经过超新星爆发过程的话,想保留这么大质量就不容易了,因为超新星爆发会损失大量的物质。如果不经过超新星爆发,那就可以留存绝大多数物质,也就更容易解释引力波事件了。

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