大质量恒星直接坍缩形成黑洞

[ 录入者:gohomeman1 | 时间:2017-06-05 21:33:40 | 作者:gohomeman1译 | 来源:哈勃官网 | 浏览:691次 ]

原文标题:Massive Dying Star Goes Out With a Whimper Instead of a Bang

原文作者:Christopher Kochanek,Krzysztof Stanek,Scott Adams;Pam Frost Gorder,Elizabeth Landau;Ray Villard

来自:哈勃官网; 发表时间:2017.5.25

翻译:gohomeman1  审校:数星星的猫(编译版权所有,未经许可请勿转载)

2017.5.25:宇宙中,每秒都有恒星以超新星爆发死去。但是还有一些更大质量的恒星,却在默默死去:它们在自身引力下坍缩消失,身后只留下一个黑洞。本例中这颗歹命的恒星就是一例,它编号N6946-BH1,大约相当于25个太阳质量。2009年开始它逐渐变暗,到了2015年,竟然完全消失不见。研究团队结合了哈勃、斯必泽空间望远镜和大双筒望远镜的数据,经过仔细的分析、去除其他可能,最终得出结论:它只能变成黑洞。这可能是那些极大质量恒星的宿命。

哈勃拍摄的N6946-BH1前身星和当前位置区,分别由WFPC2摄于2007年,WFC3摄于2015年。大图:3.4MB,版权:NASA、ESA,研究者团队;下同。

本图分别由哈勃第二代广域行星相机(WFPC2)和第三代广域相机(WFC3)的紫外光学(UVIS)通道拍摄。2009年的哈勃维护任务中,WFPC2被WFC3替代,图像清晰度(分辨率)有了飞跃提升。图像都是伪彩配色:606nm(纳米)的红光,配色蓝;814nm的近红外光,黄。

天文学家观测到一颗垂死的大质量恒星,很可能变成了黑洞。天文学家动用美国、意大利、德国合作的大双筒望远镜(LBT),美国宇航局(NASA)和欧洲空间局(ESA)合作的哈勃太空望远镜,以及NASA的斯必泽(Spitzer)红外空间望远镜,对这颗败亡恒星的遗迹地进行搜寻,只为了发现恒星消失的真相。

它居然不是以超新星爆发壮烈就义,却像怨妇般呜咽而亡!

这颗恒星的质量达25个太阳,本该爆发成极为明亮的超新星。然而,它失败了——最终变成了黑洞。

俄亥俄州观测天文学杰出学者、俄亥俄州立大学Christopher Kochanek 教授介绍说,邻近星系中这颗“大质量的失败者”能够解释,为何天文学家没看到许多极大质量的恒星爆发为超新星。

据估算,看起来最多大约30%的此类恒星,可能安静地坍缩为黑洞——没有经过超新星爆发阶段。

N6946-BH1在NGCG 6946中的定位(那颗明亮的黄红色星)。

Kochanek 继续解释:“典型的观点认为,恒星变成黑洞,必须经过超新星阶段。假如恒星的坍缩极快,越过了超新星爆发的触发阶段,它就可能直接变成黑洞。这有助于解释许多大质量恒星为何没看到它变成超新星。”

由他领衔的天文学家团队,已经把他们最新的研究报告发表在《皇家天文学会月刊》上。

团队观测的对象是NGC 6946,一个昵称“焰火星系”的旋涡星系,之所以有此名称,是因为它那里爆发超新星像玩儿似的——刚刚2017.5.14就又有一颗SN 2014eaw,现在正接近最大光度。特别的,N6946-BH1(前面为星系编号,后面的BH是黑洞Black Hole的缩写,1是数字编号,译注)从2009开始变暗,到了2015年,它干脆完全熄灭了。

随着LBT进行的失败超新星巡天发现该恒星消失了,天文学家动用哈勃搜寻该区域,以确定是否该恒星仅仅是太暗了而看不见;他们还使用斯必泽空间望远镜以确定是否有可能的红外辐射存在(把各种可能性都找遍)。他们需要确认,恒星是否其实还在,不过恰好被一片星云给挡住了。

但是所有的努力都给出了否定的证据,恒星确实已经消失了。经过仔细的分析、排除,研究团队最终确定,这颗恒星必定变成黑洞。

N6946-BH1的历年光度变化,红色是红外波段。注意,2009年出现了光度明显变大的情况,可以看做假超新星爆发(本来就是一颗红超巨星)。

要通过本项目确定大质量恒星爆发失败的比例还为时过早,不过俄亥俄州大学的斯科特·亚当斯(Scott Adams),能初步给出估算。他就是通过这项研究工作获得了博士位。

亚当斯分析说:“我们进行了首期7年巡天观测,在该星系中发现了6颗正常的超新星,而N6946-BH1是唯一的疑似失败者。因此,大质量恒星的失败比例可能是10%~30%。”

他感慨道:“这只是触发我们开始那个巡天的部分原因。这个问题其实很重要,换句话说,假如所有的(较)大质量恒星都通过直接坍缩途径死亡,我们将只能看到很少的超新星。”(理论上存在很多争议,直接坍缩的下限有20个太阳质量左右的,也有30个的。另外这类较大质量的恒星,后期的恒星风损失的质量通常超过原始质量的一半,译注)

对研究报告合作者Krzysztof Stanek 来说,本发现真正有意义的地方在于,它可能揭示了超大质量黑洞的起源——那正是激光干涉引力波观测仪(LIGO)试图通过引力波振荡发现的。

作为俄亥俄州立大学的天文学教授,Stanek继续解说,虽然听起来不尽合理,但是一个大质量恒星可能经历过超新星阶段——抛出了外层的大量物质后,剩余的内核质量仍旧足以形成(相对)大质量黑洞,并被LIGO探测到。

Stanek最后总结道:“我猜想,假如连超新星阶段都不经过,那么形成大质量黑洞就非常容易。”

失败超新星的演示图。恒星外壳虽然抛出,但由于内核坍缩为黑洞而不是变成中子星,膨胀外壳没有获得足够的能量激发,尤其是关键的后期嬗变产能过程缺失,所以看起来就没有超新星现象。理论上,这种情况会产生长周期γ暴,但如果喷流不朝向我们(这种概率极大),我们就看不到后续的γ暴爆发余辉。大图:4.0MB

Tags:NGC6946 黑洞 坍缩恒星

责任编辑:gohomeman1

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