一项新的研究表明，“消失”的恒星可能在不成为超新星的情况下变成黑洞

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艺术家对VFTS243的印象，其中包含一颗大质量恒星和一个黑洞。（图片来源：ESO/L.Cal?ada）

据美国生活科学网站（Keith Cooper）：科学家们发现了强有力的证据，证明一些大质量恒星在没有超新星的光芒和愤怒的情况下，会以呜咽而不是砰的一声结束它们的存在，并沉入自己形成的黑洞。

为了理解为什么这很重要，我们必须从恒星进化的速成课程开始。恒星通过其核心的核聚变过程产生能量，从而将氢转化为氦。当质量至少是太阳八倍的恒星耗尽氢气供应时，它们会开始涉及其他元素的聚变反应——氦、碳、氧等，直到它们最终形成一个惰性的铁核，该核需要投入比聚变反应所能产生的更多的能量。在这个阶段，聚变反应停止，支撑恒星的能量产生蒸发。突然间，引力自由支配，导致核心坍塌，而恒星的外层从收缩的核心反弹并向外爆炸——引发一颗超新星，在几周内，它有时会比整个星系都亮。

同时，坍塌的核心形成了一个紧凑的物体。这个物体通常是一颗旋转的中子星，称为脉冲星，但在某些条件下，它可能是一个恒星质量的黑洞。这是恒星时间线的标准故事。然而，天文学家现在开始意识到，一些产生黑洞的恒星可能在没有超新星爆炸的情况下产生黑洞。

研究人员偶尔会注意到失败的超新星的出现——这些恒星开始变亮，就好像它们即将爆炸，但随后会动摇并消亡。在其他地方，作为Beatriz Villarroel领导的“百年观测中消失和出现的物体”（VASCO）项目的一部分，对旧照片板的研究发现，在这些旧照片板上有几十颗恒星根本看不见了；就好像他们消失得无影无踪。

这些失败的超新星和正在消失的恒星会成为恒星在有机会爆炸之前几乎完全被拉入黑洞的证据吗？也许吧，一些科学家认为。

德国马克斯·普朗克天体物理研究所的Alejandro Vigna-Gómez在一份声明中说：“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，在合适的时候，这可能就像看着一颗恒星突然熄灭并从天空中消失一样。”。“事实上，天文学家最近观察到了明亮恒星的突然消失。”

尽管这个想法仍然只是一个理论，但它现在以Vigna-Gómez和他的团队研究的一个奇怪的双星系统的形式有了强有力的支持证据。该系统被命名为VFTS 243，于2022年被发现，位于大麦哲伦云中的狼蛛星云；它包含一颗25太阳质量的恒星和一个10太阳质量的黑洞，从宇宙角度来看，这颗黑洞一定是由一颗生命末期的大质量恒星产生的。

Vigna-Gómez说：“VFTS243是一个非同寻常的系统。”。“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。”

例如，VFTS 243中恒星和黑洞围绕其共同质心的轨道仍然几乎是圆形的。然而，超新星爆炸是不对称的，在一个方向上产生的能量比在另一个方向产生的能量略多，这应该会给形成“出生踢”的致密物体带来能量。这种踢会加速致密物体，导致其轨道变宽和变长。通常，这种速度在每秒30到100公里（19到62英里）之间，但VFTS 243中的黑洞最多只能以每秒4公里（2.5英里）的速度被踢出。

以前在脉冲星中观察到过出生踢的后果，但以前从未在恒星质量的黑洞中观察到。这很可能告诉了我们恒星质量黑洞是如何形成的，VFTS 243是迄今为止对这一过程结果最清晰的观察。

纳塔尔踢是三件事的产物：爆炸恒星的碎片喷出，恒星坍塌核心的中微子爆发，以及引力波。然而，如果没有超新星，就不会有碎片，只留下中微子和引力波来提供更小的冲击——这正是我们在VFTS 243中看到的。

如果这是正确的，那么这意味着宇宙中许多质量最大的恒星，它们发出如此明亮的光芒，在被黑洞遗忘的过程中，在无声的黑暗中结束了它们的生命。这也可能是VFTS243中幸存恒星生命末期的最终命运。

还有更广泛的影响。超新星爆炸是一个元素工厂。垂死恒星外层的氧、碳和氮等元素不仅会被炸入太空，在那里它们可以被回收到下一代恒星和行星中，超新星冲击波的高温和能量也会导致超新星碎片中形成更重的元素。例如，超新星如此明亮的原因之一是爆炸中产生的镍同位素的放射性衰变导致钴和铁的形成。

然而，如果一些大质量恒星在没有超新星爆炸的情况下完全坍塌成黑洞，那么它们就无法促进元素的产生和回收。因此，如果这一概念属实，宇宙化学家将需要将其纳入元素如何在空间中形成和传播的模型中。只有到那时，他们才能开始充分了解星系的化学演化，包括我们自己的星系，以及形成像地球这样的行星所需的元素的积累速度，甚至可能是由恒星爆炸产生的元素组成的生命。

VFTS 243的研究结果于5月9日发表在《物理评论快报》杂志上。