消失得无影无踪：恒星为何神秘地从夜空中消失

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哥本哈根大学的天体物理学家帮助解释了一种神秘现象，即恒星突然从夜空中消失。他们对一个不寻常的双星系统的研究得出了令人信服的证据，证明大质量恒星可以完全坍缩并成为黑洞，而不会发生超新星爆炸。

总有一天，我们太阳系中心的恒星 —— 太阳，将开始膨胀，直到把地球吞没。然后它会变得越来越不稳定，直到它最终收缩成一个小而致密的物体，即白矮星。
然而，如果太阳的重量大约是太阳的8倍或更多，它很可能会以一种巨大的爆炸 —— 超新星的形式消失。它的坍缩最终会导致爆炸，以巨大的力量将能量和质量喷射到太空中，之后会留下一颗中子星或一个黑洞。
虽然，这是关于大质量恒星如何死亡的基本知识，但关于上面的星空，特别是这些恒星壮观的死亡，还有很多需要了解的。

哥本哈根大学尼尔斯·玻尔研究所天体物理学家的新研究提供了迄今为止最有力的证据，证明超大质量恒星的消亡比超新星更加隐秘和谨慎。事实上，他们的研究表明，如果一颗恒星的质量足够大，它的引力就会很强，以至于在它死亡时不会发生爆炸。相反，恒星可能会经历所谓的完全坍缩。
第一作者亚历杭德罗·维尼亚·戈麦斯（Alejandro Vigna-Gómez）解释道：“我们相信，恒星的核心可以在其自身重量的作用下坍塌，就像大质量恒星在其生命的最后阶段所发生的那样。但是，收缩并没有最终导致明亮的超新星爆发，使其比自己的星系更加明亮，预计质量是太阳八倍以上的恒星会如此，而是继续坍缩，直到恒星变成一个黑洞。”
事实与神话：消失的星星
在现代，有许多观测到的恒星莫名其妙地消失了。
由天体物理学家克里斯·科查内克（Chris Kochanek）领导的“关于虚无的调查”是积极寻找消失的恒星，并解释其消失的研究努力的一个例子。
好奇的读者也可以钻研历史描述。这通常与突然发光的恒星消失有关，这与超新星的情景一致。但也有其他关于恒星突然消失的故事，比如希腊神话中与昴宿星团有关的故事，昴宿星团通常被称为七姐妹。昴宿星神话描述了泰坦阿特拉斯和仙女昴宿星的七个女儿。根据神话，他们的一个女儿嫁给了一个人类，然后躲了起来，这就为为什么我们在昴宿星中只能看到六颗恒星提供了一个非常不科学，但却很美的解释。
这一发现与近年来引起天文学家兴趣的恒星消失现象有关，它可能为这类现象提供一个明确的例子和一个似是而非的科学解释。
亚历杭德罗·维尼亚·戈麦斯说：“如果一个人站起来凝视一颗正在经历完全坍缩的可见恒星，可能会在适当的时候，就像看着一颗恒星突然熄灭并从天空中消失一样。坍缩是如此彻底，以至于没有爆炸发生，没有逃逸，也看不到夜空中有任何明亮的超新星。天文学家最近实际上观察到了明亮恒星的突然消失。我们不能确定两者之间的联系，但我们从分析VFTS 243中获得的结果使我们更接近于一个可信的解释。”

一个不寻常的恒星系统没有爆炸的迹象
这一发现源于最近对银河系边缘一个不寻常的双星系统的观测，该系统被称为VFTS 243。在这里，一颗大恒星和一个质量大约是太阳10倍的黑洞相互绕转。
科学家们几十年前就知道银河系中存在这样的双星系统，其中一颗恒星已经变成了黑洞。但最近在银河系外的大麦哲伦星云中发现的VFTS 243确实很特别。
事实：黑洞
即使是光也不能从黑洞逃逸。因此，它们不能被直接观察到。然而，由于周围旋转的气体释放出大量的能量，一些黑洞可以被识别出来。其他的，如VFTS 243，可以通过它们对其轨道上的恒星的影响来观察。
一般来说，天文学家认为存在三种类型的黑洞：
恒星黑洞 —— （比如VFTS 243系统中的黑洞）是在质量超过太阳8倍的恒星坍缩时形成的。科学家们认为，仅在我们的银河系中就可能有多达1亿个这样的星系。
超大质量黑洞 —— （10万到100亿倍太阳质量）被认为位于几乎所有星系的中心。人马座A*是位于银河系中心的超大质量黑洞。
中等质量黑洞（IMBH） —— （质量是太阳的100-100000倍）长期以来一直是一个缺失的环节。近年来，出现了许多可信的候选人。
还有一些理论描述了其他类型的黑洞，这些黑洞尚未被发现。其中一种，即所谓的原始黑洞，被认为是在早期宇宙中形成的，理论上可能是微观的。
亚历杭德罗·维尼亚·戈麦斯说：“通常情况下，恒星系统中的超新星事件发生后可以通过各种方式进行测量。但尽管VFTS 243包含一颗坍塌成黑洞的恒星，但爆炸的痕迹却找不到。VFTS 243是一个非同寻常的系统。自恒星坍塌成黑洞以来，该系统的轨道几乎没有变化。”。
研究人员对观测数据进行了分析，发现了一系列迹象，这些迹象可能来自一个过去经历过超新星爆炸的恒星系统。一般来说，他们发现此类事件的证据微不足道，难以令人信服。
该系统没有显示出明显的“出生踢”的迹象，即轨道物体的加速度。它也非常对称，在它的轨道上几乎是完美的圆形，并且在前恒星核心坍缩期间释放的能量残留的迹象表明，一种与完全坍缩相一致的能量。
“我们的分析明确指出，VFTS 243中的黑洞很可能是立即形成的，能量主要是通过中微子损失的，”尼尔斯玻尔研究所的艾琳·坦博拉（Irene Tamborra）教授说，她也参与了这项研究。
未来研究的基准体系
根据艾琳·坦博拉教授的说法，VFTS 243系统为最终将一系列天体物理学理论和模型计算与实际观测进行比较提供了可能。她预计，该恒星系统将对研究恒星演化和坍缩起到重要作用。
“我们的研究结果强调，VFTS 243是迄今为止通过全坍缩形成恒星黑洞理论的最佳可观测案例，超新星爆炸在全坍缩中失败，我们的模型已经证明这是可能的。这是对这些模型的重要现实检验。我们当然预计，该系统将成为未来恒星演化和坍缩研究的重要基准，”这位教授说道。
“出生踢”并不存在
超新星的猛烈力量直接影响到新生的中子星或黑洞，因为在爆炸过程中物质的不对称发射。这就是研究人员所说的“出生踢”。这种踢腿使致密的物体加速。在正常情况下，中子星的出生推力会使其达到每秒100-1000公里的可测量速度。黑洞的速度预计会小一些，但仍然很重要。
因为VFTS 243系统中的黑洞似乎只被加速到大约4公里/秒，因此没有迹象表明它受到了实质性的出生冲击，就像它经历了一次超新星一样。
同样，恒星系统轨道的对称性通常表明它受到了剧烈超新星爆炸的影响，因为发生了物质的抛射。相反，研究人员发现了对称性。
“VFTS的轨道几乎是圆形的，我们的分析表明，在坍缩过程中没有大的不对称迹象。这再次表明没有爆炸，”亚历杭德罗·维尼亚·戈麦斯说。
能量的爆发
通过分析双星系统的轨道，该团队还能够计算出黑洞形成过程中释放的质量和能量。
他们的估计与一种假设相一致，即恒星坍缩过程中产生的较小的弹射不是由重子物质（包括中子和质子）造成的，而是由所谓的中微子造成的。中微子质量很小，相互作用也很弱。这是该系统没有发生爆炸的另一个迹象。
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