一项新的研究提出了大质量恒星可能直接塌缩成黑洞而无需经历超新星爆炸的解释。
VFTS 243 的艺术家印象图。（ESO/L. Calçada）
当大质量恒星死亡时，按照我们对宇宙的理解，它们不会安静地消失。当它们的燃料耗尽时，它们会变得不稳定，受到爆炸的破坏，最后在一颗壮观的超新星中结束自己的生命。
但科学家发现，一些大质量恒星直接消失了，在夜空中没有留下任何痕迹。在旧调查中清晰可见的恒星在新调查中却莫名其妙地消失了。星星并不完全是一组钥匙——你不能把它丢在沙发后面。那么这些明星到底去哪儿了呢？
一项新的研究给了我们迄今为止最令人信服的解释。由丹麦尼尔斯·玻尔研究所和德国马克斯·普朗克天体物理研究所的天体物理学家亚历杭德罗·维尼亚-戈麦斯领导的国际团队表示，一些巨大的恒星可能会死亡，毕竟不是一声巨响，而是一声呜咽。
他们的证据？大麦哲伦星云中名为 VFTS 243 的双星系统，由黑洞和伴星组成。这个系统没有显示出超新星爆炸的迹象，根据我们的模型，超新星爆炸应该伴随着黑洞的形成。
维尼亚-戈麦斯解释说：“如果一个人站着凝视一颗正在经历完全坍缩的可见恒星，那么在适当的时间，它可能就像看着一颗恒星突然熄灭并从天空中消失一样。”
“塌缩是如此彻底，以至于没有发生爆炸，没有任何东西逃逸，人们在夜空中看不到任何明亮的超新星。天文学家实际上最近观察到明亮的恒星突然消失。我们不能确定其中的联系，但我们通过分析 VFTS 243 获得的结果使我们更接近于可信的解释。”
当一颗质量超过太阳质量约 8 倍的恒星变成超新星时，情况会变得极其混乱。外层——恒星的大部分质量——被爆炸性地喷射到恒星周围的空间中，在那里形成一个巨大的、不断膨胀的尘埃和气体云，持续数十万到数百万年。
与此同时，恒星的核心不再受到向外的聚变压力的支撑，在重力作用下崩溃，形成超致密物体、中子星或黑洞，具体取决于初始恒星的质量。
这些塌陷的核心并不总是留在原地；如果超新星爆炸是不平衡的，这可能会将核心猛烈地抛入太空。有时我们还可以将核心的轨迹追溯到它死亡时喷射出的物质云，但如果经过足够的时间，这些物质可能已经消散。但产后踢的迹象可能会持续很长时间。
VFTS 243 是一个非常有趣的系统。它由一颗年龄约为 740 万年、质量约为太阳 25 倍的大质量恒星和一个质量约为太阳 10 倍的黑洞组成。
虽然我们无法直接看到黑洞，但我们可以根据其伴星的轨道运动来测量它——当然，我们还可以推断出有关该系统的其他信息。
一件有趣的事情是轨道的形状。它几乎是圆形的。这与太空中系统的运动一起表明黑洞没有受到超新星的巨大冲击。 2022 年发现黑洞的研究人员也有同样的怀疑。现在，维尼亚-戈麦斯和他的同事的工作已经证实了这一点。
越来越多的证据表明，有时，大质量恒星可以直接塌缩成黑洞，无需经过超新星或射向天空。 VFTS 243 代表了迄今为止我们所拥有的关于这种情况的最佳证据。
尼尔斯·玻尔研究所的天体物理学家艾琳·坦博拉 (Irene Tamborra) 表示：“我们的结果强调，VFTS 243 是迄今为止通过完全塌缩形成恒星黑洞理论的最佳可观测案例，其中超新星爆炸失败，而我们的模型已证明这种情况是可能的。”
“这是对这些模型的重要现实检验。我们当然希望该系统将成为未来研究恒星演化和坍缩的重要基准。”
该研究已发表在《物理评论快报》上。