天文学家认为已经观测到黑洞的诞生过程

天文学家认为已经观测到黑洞的诞生过程

据cnBeta：天文学家们正越来越多地揭开黑洞的秘密。在过去的几年里，科学家们终于捕捉到了黑洞的首张照片，并测量了它们在碰撞时产生的引力波–时空的涟漪。但是关于黑洞，仍然有很多未解之谜。最大的谜团之一就是它们首先是如何形成的。利物浦约翰摩尔大学的Daniel Perley和他的同事现在相信他们已经观察到了这个过程，为黑洞形成时究竟发生了什么提供了一些最佳迹象。他们的结果发表在《自然》和《天体物理学杂志》的两篇论文中。

天文学家认为，根据观察和理论，大多数黑洞是在大质量恒星的中心在其生命末期坍缩时形成的。恒星的核心通常利用强烈的核反应产生的热量提供压力，或者说支持。但是一旦这样一颗恒星的“燃料”耗尽，核反应停止，恒星的内层就会在重力作用下向内塌陷，挤压到超常密度。

大多数时候，当恒星的核心凝结成一个固体物质球体，富含被称为中子的粒子时，这种灾难性的塌缩就会停止。这导致了一个强大的反弹爆炸，摧毁了恒星（超新星），并留下了一个被称为中子星的天体。但是濒临死亡的恒星的模型显示，如果最初的恒星质量足够大（是太阳质量的40-50倍），坍缩就会一直持续下去，直到恒星被压成一个引力奇点–一个黑洞。

虽然现在在整个宇宙中经常观察到恒星坍缩形成中子星（超新星调查每晚都会发现几十个新的中子星），但天文学家还不能完全确定在坍缩成黑洞期间会发生什么。一些模型表明，整个恒星会被吞噬，没有什么痕迹。还有人提出，坍缩成黑洞会产生一些其他类型的爆炸。

例如，如果恒星在坍缩时正在旋转，一些坠落的物质可能会被集中到喷流中，以高速逃离恒星。虽然这些喷流不会包含太多的质量，但它们会有很大的冲击力：如果它们撞上了什么东西，就释放的能量而言，其影响可能是相当巨大的。

到目前为止，黑洞诞生时产生爆炸的最佳“候选者”是被称为长时间伽马射线暴的奇怪现象。这些事件最早是在20世纪60年代由军事卫星发现的，被认为是由塌缩恒星中新形成的黑洞加速到令人难以置信的速度而产生的。然而，这种设想的一个长期问题是，伽马射线暴也会排出大量的放射性碎片，这些碎片会持续闪耀数月。这表明大部分的恒星向外爆炸到太空中（如普通的超新星），而不是向内塌缩成黑洞。

虽然这并不意味着黑洞不可能在这样的爆炸中形成，但一些人认为，其他模型为伽马射线暴提供了比黑洞形成更自然的解释。例如，一颗超级磁化的中子星可能在这样的爆炸中形成，并产生它自己的强大喷流。

然而，Perley和他的同事最近发现了一个新的、（在他们看来）更好的创造黑洞的候选事件。在过去三年中的两个独立场合–一次在2019年，一次在2021年–我们目睹了一种异常快速和转瞬即逝的爆炸类型，与伽马射线暴非常相似，源于少量非常快速移动的物质撞上其周围环境中的气体。

通过使用光谱学–一种将光分解成不同波长的技术–研究人员可以推断出每个事件中爆炸的恒星的成分。他们发现，这些光谱与所谓的“沃尔夫·雷耶特星”非常相似–这是一种质量非常大、高度进化的恒星类型，以最早发现它们的两位天文学家Charles Wolf和Georges Rayet的名字命名。令人兴奋的是，研究人员甚至能够排除”正常”超新星爆炸的可能性。一旦快速物质和环境之间的碰撞停止，源头实际上就消失了–而不是长时间的发光。

这正是研究人员所期望的，如果在其核心坍缩期间，该恒星只喷射出少量的物质，而该天体的其余部分则向下坍缩成一个巨大的黑洞。

研究人员认为，最普通的一种解释是，这是一次普通的超新星爆炸，但是在碰撞中形成了一个巨大的尘埃壳，将放射性碎片掩盖在视野之外。还有一种可能是，这次爆炸是一种新的、不熟悉的类型，源自于不熟悉的恒星。

为了回答这些问题，研究人员将需要寻找更多这样的天体。到目前为止，这类爆炸还很难研究，因为它们转瞬即逝，很难找到。研究人员不得不接连使用几个观测站来描述这些爆炸的特征：兹威基瞬变设施来发现它们，利物浦望远镜和北欧光学望远镜来确认它们的性质，以及大型高分辨率观测站（哈勃太空望远镜、双子座天文台和甚大望远镜）来分析它们的组成。

虽然研究人员最初发现这些事件时并不确切知道他们看到的是什么，但现在他们有了一个明确的假设：黑洞的诞生。

来自类似事件的更多数据可能很快就能帮助研究人员验证或证伪这一假设，并确定与他们团队和其他人一直在发现的其他类型的不寻常的快速爆炸的联系。

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