一颗恒星消失了?一颗比太阳大很多的恒星,天文学家如今看不到了
在很多人的固有印象里,大个头恒星走到生命尽头,一定会上演一场轰轰烈烈的宇宙大戏。超新星爆发,强光可以照亮整片星系,亿万光年之外都能清晰捕捉到耀眼的光芒,爆炸结束之后,留下中子星或者黑洞。
可最近十多年,天文学家接连遇到一件很难解释的怪事。好几颗原本清晰可见、质量远超太阳的巨型恒星,没有任何爆炸的迹象,就这么从可见光的观测画面里凭空消失。望远镜对准它曾经所在的坐标,原本明亮的光点空空如也,仿佛这颗星星从来没有存在过 。
这并不是网络上凭空编造的传闻,是多个天文团队持续多年观测,实实在在记录下来的天文现象。最具有代表性的,就是仙女座星系当中编号M31‑2014‑DS1的这颗超级巨星,它的离奇消失,正在一点点推翻我们过去对于恒星死亡方式的固有认知。
这颗恒星距离地球大约250万光年,处在离银河系最近的大型旋涡星系仙女座星系内部。在消失之前,它是一颗体量巨大的超巨星,质量至少达到太阳的十几倍,亮度极高,地面大型望远镜、哈勃太空望远镜常年都可以稳定观测到它的身影,属于天文学家重点关注的观测目标之一。
科研团队整理从2005年开始积累的长期观测档案,完整还原了这颗恒星生命末期的全过程。最开始几十年,它的亮度整体比较平稳,只有巨星正常范围内的小幅明暗波动。时间来到2014年,这颗恒星首先在红外波段出现了异常增亮,外层物质开始向外缓慢喷发,产生大量温热的尘埃气体云,红外辐射明显变强。
当时并没有引起太大的警觉,很多天文学家判断,这只是巨型恒星晚年很常见的物质抛射活动,类似参宿四偶尔出现的变暗、物质喷发现象。所有人都默认,再过一段时间,它积攒足够的能量,很快就会迎来万众期待的超新星大爆发。
然而后续的发展,完全出乎所有人的预料。红外短暂变亮之后,恒星的可见光亮度开始断崖式下跌。短短几年时间,它的亮度下降超过一万倍。到2022、2023年,哈勃望远镜多次定点拍摄该位置,可见光波段已经完全找不到这颗恒星的踪迹,画面里只剩下漆黑一片的空间。
恒星就这么不见了。
好在天文学家并没有就此放弃观测,使用专门捕捉红外信号的韦伯太空望远镜、地面红外观测设备继续盯着这片空域。大家发现在中红外波段,坐标位置还残留着一丝非常微弱的辐射信号,亮度只剩下原来的十分之一,没有彻底归零。也就是说恒星不是彻彻底底化为虚无,只是人类肉眼、普通光学望远镜再也看不见它了 。
无独有偶,早在十几年前,天文学家就发现了第一例类似的失踪恒星N6946‑BH1,位于2200万光年之外的烟花星系。这颗恒星质量大约是太阳的25倍,2007年观测图像当中星光清晰。2009年短暂爆发增亮,之后亮度一路走低,2015年光学影像当中已经彻底消失,同样只剩下微弱的红外残余信号。当年学界争议很大,不少人怀疑只是厚厚的尘埃云层刚好飘到恒星和地球中间,遮挡住了光线,造成消失的假象 。
两个几乎一模一样的案例接连出现,科学家必须静下心来仔细分辨,恒星“看不见”,到底是被东西挡住,还是本身已经停止发光,真正走向了死亡。
首先我们先说第一种大众最容易想到的猜想:星际尘埃遮挡。
宇宙空间到处漂浮着气体、尘埃颗粒,一团浓密的尘埃云横亘在天体和地球之间,可见光很容易被尘埃吸收、散射,星光会大幅变暗,严重的时候光学望远镜完全看不到恒星。但是尘埃有一个很明显的特点,可见光很难穿透,红外线却不容易被阻挡。
如果仅仅只是尘埃遮挡,恒星本体还在持续发光发热,那么红外波段的亮度基本不会出现大幅度衰减,甚至尘埃吸收可见光之后升温,红外信号反而会变得更强。
可M31‑2014‑DS1的观测数据给出了相反的结果。不光可见光几乎归零,整体的总辐射能量也出现了断崖式下滑,红外亮度同样明显下降。能量输出整体变少,单纯靠尘埃遮挡根本解释不通。尘埃只能改变光线传播,没办法让恒星本身的总发光能力直接消失。这个假说,慢慢被主流研究团队排除了。
还有一部分爱好者脑洞大开,提出了戴森球的设想。高级外星文明建造巨大的人造结构体,把恒星整个包裹起来,收集恒星释放的全部能量,外部自然就看不到恒星的光芒。
客观来讲,这个想法很有想象力,但是放在真实观测数据面前漏洞百出。建造戴森球会是一个漫长的过程,恒星的亮度会是平稳、缓慢地一点点降低,不会短短几年之内快速断崖式消失。而且就算外壳把可见光全部挡住,外壳吸收能量之后,一定会以红外线的形式向外释放热量,红外辐射会显著升高,和两颗失踪恒星红外同步衰减的实测结果完全矛盾。目前没有任何观测证据能够支撑这个猜测,只能停留在科幻设想的层面。
现在科学界认可度最高的解释,叫做失败超新星,恒星没有发生爆炸,安静地直接坍缩成黑洞。
过去教科书里的标准流程是这样:质量8倍太阳以上的大恒星,内部核聚变一路合成元素,直到核心堆积大量铁,核聚变再也无法释放能量。向内的重力失去向外核聚变压力的平衡,核心快速向内坍缩,猛烈反弹产生强大的冲击波,把恒星厚厚的外层外壳全部炸飞,形成光芒万丈的超新星爆发,最后留下中子星。如果残留质量足够大,中子星再继续坍缩,才会变成黑洞。
而失败超新星,就是坍缩产生的冲击波力量不足,没能成功冲破恒星厚重的外层气体外壳。
核心迅速坍缩,准备向外炸开,可是恒星外部物质太多、引力太强,冲击波卡在恒星内部,直接停滞下来。巨大的引力占据了上风,恒星绝大部分外层物质没有被炸向宇宙空间,调转方向跟着核心一起向内坠落,源源不断地向中心点汇集,最终直接形成黑洞。
没有惊天动地的爆炸,没有照亮星系的闪光。恒星的核聚变彻底停止,光源消失,光学图像上恒星就此消失。只有少量外层物质缓慢向外散开,冷却形成尘埃,持续发出微弱的红外余热,就是我们望远镜最后捕捉到的那一点点红外信号。
简单打一个比方,正常的超新星就像鞭炮,引线点燃之后“砰”的一声整体炸开。失败超新星好比鞭炮内部火药已经引燃,但是外壳特别厚实,火药产生的冲击力顶不开外壳,闷在里面悄无声息地塌缩、熄灭,听不到任何爆炸声。
这个理论早在几十年前就已经通过计算机模型推演出来,只是一直缺少实打实的观测证据。大家只知道理论上有可能发生,却从来没有完整看到一颗恒星把整个过程演示一遍。M31‑2014‑DS1的整套观测记录,从红外预增亮、亮度快速衰减、光学波段失踪、残留微弱红外辐射,每一个阶段的数据,刚好完美匹配失败超新星的演化模型,给这套理论补上了至关重要的现实证据 。
当然,科学研究永远不会轻易一锤定音,这里依旧还有不少悬而未决的疑问。
按照黑洞演化的常规推测,大量物质源源不断坠落到黑洞当中,会形成炽热的吸积盘,释放出强烈的X射线。可是到现在为止,科研团队反复用X射线望远镜扫描失踪恒星所在的位置,一直没有观测到预期当中强烈的X射线辐射。
一部分学者认为,物质下落的速度很慢,吸积盘温度并不高,X射线辐射本身就十分微弱,以我们现在设备的灵敏度,暂时还很难探测出来。还有另一种观点认为,我们现在看到的样本数量太少,两颗恒星还不足以彻底下定论,需要持续巡天,找到更多同类消失恒星,积累足够多的数据,才能把整套物理过程彻底梳理清楚。
这项发现带来的改变,远远不止弄懂一种恒星死亡模式那么简单。
长久以来,天文学家一直有一个解不开的困惑。我们在宇宙当中观测到不少几十倍太阳质量的恒星级黑洞,但是对应质量的恒星前身,超新星的观测样本却非常稀少。
现在大家慢慢意识到,有相当一部分大质量恒星,根本不会以超新星爆炸的形式落幕,它们安安静静直接坍缩成黑洞,不会产生明亮的闪光,自然也就很难被传统的超新星巡天项目捕捉到。估算下来,大约有两到三成的大质量恒星,最后的结局就是这种安静落幕的失败超新星。
这就解释了为什么宇宙当中,我们总能找到不少黑洞,却很少看见对应体量恒星的爆炸记录。恒星死亡的剧本,并不只有轰轰烈烈爆炸这唯一的版本,有的星光,会选择默默归于黑暗。
对于我们普通人来说,仰望星空的时候,认知也需要不断更新。我们总觉得宏大的宇宙事件必然伴随着惊天动地的场面,可宇宙本身远比想象当中更加包容。既有光彩夺目、万众瞩目的绚烂爆发,也有悄无声息、慢慢沉寂的落幕。
很多人不由得会联想到距离我们并不遥远的参宿四。这颗红超巨星是大家最熟悉的“定时炸弹”,随时都有可能迎来生命终点。过去大家都在期待,参宿四爆发超新星,夜空多出一颗白昼都能看见的亮星。
可谁也无法百分百确定,等到燃料耗尽的那一刻,参宿四会做出哪一种选择。它有可能带给人类一场空前壮观的宇宙烟火,也有可能在未来的某一天,没有任何预兆,就这样慢慢暗淡,安静地直接坍缩,消失在我们的光学视野之中。
宇宙给我们准备的结局,永远存在意想不到的可能性。
话题互动:你觉得恒星安静坍缩成黑洞,和绚烂的超新星爆发,哪一种结局更加让人震撼?欢迎在评论区说说你的看法,记得点个关注,持续了解更多前沿天文新发现。
免责声明:本文天文结论基于现有观测假说,尚未完全最终定论,相关数据来自公开科研论文,仅供科普交流参考。
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