在新的模拟中捕捉到的黑洞生命中的湍流第一时刻

降法讲顾

原始黑洞形成的图解。(图片来源:美国国家航空航天局/JPL加州理工学院)

（）据生活科学（保罗·萨特）：天文学家已经弄清楚了一些垂死的恒星是如何将婴儿黑洞踢出子宫的——这并不美好。

一项新的研究发现，当它们的母星在灾难性的爆炸中死亡时，这些罕见的黑洞会得到一个重大的打击，以令人难以置信的速度将新生的引力暴食者冲走。

这一发现可能会揭示黑洞生命中神秘的最初时刻。

黑洞和中子星诞生于大质量垂死恒星的中心。当质量至少是太阳八倍的恒星接近寿命终点时，它们会在核心熔化铁。强大的压力将这个铁核变成了一个原中子星，一团大约有一个城市那么大的中子。这个团块可以暂时阻止恒星其余部分的引力坍缩。反过来，这种停滞通常会引发超新星爆发。但是爆炸中心的压力有时会上升，将原中子星撞向黑洞。

接下来会发生什么谁也说不准。以前的超新星计算机模型只模拟了不到一秒钟的过程——只够捕捉爆炸本身。对真实黑洞和中子星的观察显示了各种新奇的物理现象。一些中子星以超过340万英里/小时(540万公里/小时)的速度移动，这表明它们在爆炸过程中被猛烈地踢出，而另一些则以30倍的速度移动，这表明了一个更平静的诞生过程。

另一方面，黑洞几乎总是具有较低的“踢”速度，尽管它们产生的环境要激烈得多。

一组天文学家通过对超新星进行20次计算机模拟，解释了黑洞和中子星尴尬的新生期。模拟运行了足够长的时间来展示每个物体是如何被其母星“踢”的。他们的工作发表在11月20日的预印本数据库arXiv上，并已提交给《天体物理学杂志》进行同行评议。

天文学家发现了爆炸前母星(被称为“祖先”)的属性与产生的中子星或黑洞之间的密切关系。当母星不是很大，也不是很致密时——这意味着它的外层相对于它的核心来说扩大了——超新星发生得非常突然，几乎是在一个完美的球体中，导致了一个缓慢移动的中子星。

另一方面，非常巨大、致密的前身需要更长的时间变成超新星，当爆炸发生时，它们不是非常对称。这就产生了一颗快速移动的被踢中子星，从混沌中浮现出来。研究人员还发现，较大的中子星往往会受到更大的撞击，这意味着中子星内核中更多的致密祖先质量会聚集在中子星中。

前身也让中子星旋转，研究人员发现，一般来说，反冲越大，旋转越大。因此，如果祖星不对称爆炸，那么不规则爆炸不仅会推出中子星，还会使其旋转。这可以解释磁星的起源，磁星是一种快速旋转、超磁化的中子星。

两种形成机制解释了黑洞是如何被踢开的。在一种情况下，祖先没有完全爆炸，但核心上的压力上升到一个黑洞形成的点。这些黑洞相当大——平均大约有10个太阳质量——而且几乎不会被踢到。大多数黑洞都属于这一类。

但是黑洞也可以通过第二种途径形成。在某些情况下，原始恒星完全爆炸并带走大量质量，留下一个大约三个太阳质量的较小黑洞。有趣的是，研究发现，这些黑洞接收到令人难以置信的反冲速度，超过220万英里/小时(360万公里/小时)。然而，这些快速移动的黑洞非常罕见。

这项研究在我们可以观察到的东西(中子星和黑洞在宇宙中运动)和我们不能观察到的东西(即祖先爆炸过程本身的细节)之间建立了重要的联系。通过调查中子星和黑洞的特性，天文学家将能够描绘出恒星生命周期的完整图景。