天文學(xué)家首次完整觀測到一顆大質(zhì)量恒星在生命終點并未經(jīng)歷超新星爆發(fā)，而是直接坍縮形成黑洞。這項發(fā)現(xiàn)基于對該恒星長達(dá)十余年的持續(xù)監(jiān)測與歷史數(shù)據(jù)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(guān)研究成果12日發(fā)表于《科學(xué)》雜志，其標(biāo)志著人類對恒星終結(jié)與黑洞形成機制的認(rèn)識進(jìn)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(xué)院研究團(tuán)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(yuǎn)鏡的觀測數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)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(xù)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(shù)據(jù)與理論模擬，團(tuán)隊認(rèn)為亮度驟降并最終消失的現(xiàn)象強烈表明，該恒星核心發(fā)生了引力坍縮并形成了黑洞。通常，大質(zhì)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(fā)產(chǎn)生向外激波，觸發(fā)超新星爆炸。但理論預(yù)測，若激波未能拋射外層物質(zhì)，物質(zhì)將回落到中子星上，使其進(jìn)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(jù)。

研究還揭示，恒星外層的對流運動在此過程中扮演關(guān)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(zhì)直接墜入黑洞；內(nèi)層物質(zhì)會沿黑洞外圍作緩慢的圓周運動，并逐漸被吸入。據(jù)估算，僅有約1%的恒星包層物質(zhì)最終落入黑洞，其余部分在漫長的時間尺度上緩慢耗散。

【總編輯圈點】

基于這一認(rèn)識，團(tuán)隊重新審視了十年前發(fā)現(xiàn)的另一顆具有類似光變特征的恒星NGC 6946-BH1，并確認(rèn)它也應(yīng)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(rèn)識的恒星死亡形式。

這項研究迅速在天文界引起廣泛關(guān)注，因為其不僅驗證并完善了大質(zhì)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(guān)鍵線索。更關(guān)鍵的是，一個新生黑洞，它周圍塵埃碎屑發(fā)出的紅外輻射將持續(xù)數(shù)十年。那么，未來借助包括韋布空間望遠(yuǎn)鏡在內(nèi)的諸多天文設(shè)備，人們就能對類似天體進(jìn)行長期監(jiān)測，從而建立關(guān)于恒星黑洞形成的觀測基準(zhǔn)。

（原標(biāo)題為《天文學(xué)家首次觀測到恒星直接坍縮成黑洞 為解釋黑洞起源提供關(guān)鍵線索》）