天文學(xué)家認(rèn)為他們已經(jīng)觀測到黑洞神秘的誕生過程

　　天文學(xué)家們正越來越多地揭開黑洞的秘密。在過去的幾年里，科學(xué)家們終于捕捉到了黑洞的首張照片，并測量了它們在碰撞時(shí)產(chǎn)生的引力波--時(shí)空的漣漪。但是關(guān)于黑洞，仍然有很多未解之謎。最大的謎團(tuán)之一就是它們首先是如何形成的。利物浦約翰摩爾大學(xué)的 Daniel Perley 和他的同事現(xiàn)在相信他們已經(jīng)觀察到了這個(gè)過程，為黑洞形成時(shí)究竟發(fā)生了什么提供了一些最佳跡象。他們的結(jié)果發(fā)表在《自然》和《天體物理學(xué)雜志》的兩篇論文中。

　　天文學(xué)家認(rèn)為，根據(jù)觀察和理論，大多數(shù)黑洞是在大質(zhì)量恒星的中心在其生命末期坍縮時(shí)形成的。恒星的核心通常利用強(qiáng)烈的核反應(yīng)產(chǎn)生的熱量提供壓力，或者說支持。但是一旦這樣一顆恒星的“燃料”耗盡，核反應(yīng)停止，恒星的內(nèi)層就會在重力作用下向內(nèi)塌陷，擠壓到超常密度。

　　大多數(shù)時(shí)候，當(dāng)恒星的核心凝結(jié)成一個(gè)固體物質(zhì)球體，富含被稱為中子的粒子時(shí)，這種災(zāi)難性的塌縮就會停止。這導(dǎo)致了一個(gè)強(qiáng)大的反彈爆炸，摧毀了恒星(超新星)，并留下了一個(gè)被稱為中子星的天體。但是瀕臨死亡的恒星的模型顯示，如果最初的恒星質(zhì)量足夠大(是太陽質(zhì)量的 40-50 倍)，坍縮就會一直持續(xù)下去，直到恒星被壓成一個(gè)引力奇點(diǎn)--一個(gè)黑洞。

　　雖然現(xiàn)在在整個(gè)宇宙中經(jīng)常觀察到恒星坍縮形成中子星(超新星調(diào)查每晚都會發(fā)現(xiàn)幾十個(gè)新的中子星)，但天文學(xué)家還不能完全確定在坍縮成黑洞期間會發(fā)生什么。一些模型表明，整個(gè)恒星會被吞噬，沒有什么痕跡。還有人提出，坍縮成黑洞會產(chǎn)生一些其他類型的爆炸。

　　例如，如果恒星在坍縮時(shí)正在旋轉(zhuǎn)，一些墜落的物質(zhì)可能會被集中到噴流中，以高速逃離恒星。雖然這些噴流不會包含太多的質(zhì)量，但它們會有很大的沖擊力：如果它們撞上了什么東西，就釋放的能量而言，其影響可能是相當(dāng)巨大的。

　　到目前為止，黑洞誕生時(shí)產(chǎn)生爆炸的最佳“候選者”是被稱為長時(shí)間伽馬射線暴的奇怪現(xiàn)象。這些事件最早是在 20 世紀(jì) 60 年代由軍事衛(wèi)星發(fā)現(xiàn)的，被認(rèn)為是由塌縮恒星中新形成的黑洞加速到令人難以置信的速度而產(chǎn)生的。然而，這種設(shè)想的一個(gè)長期問題是，伽馬射線暴也會排出大量的放射性碎片，這些碎片會持續(xù)閃耀數(shù)月。這表明大部分的恒星向外爆炸到太空中(如普通的超新星)，而不是向內(nèi)塌縮成黑洞。

　　雖然這并不意味著黑洞不可能在這樣的爆炸中形成，但一些人認(rèn)為，其他模型為伽馬射線暴提供了比黑洞形成更自然的解釋。例如，一顆超級磁化的中子星可能在這樣的爆炸中形成，并產(chǎn)生它自己的強(qiáng)大噴流。

　　然而，Perley 和他的同事最近發(fā)現(xiàn)了一個(gè)新的、(在他們看來)更好的創(chuàng)造黑洞的候選事件。在過去三年中的兩個(gè)獨(dú)立場合--一次在 2019 年，一次在 2021 年--我們目睹了一種異常快速和轉(zhuǎn)瞬即逝的爆炸類型，與伽馬射線暴非常相似，源于少量非常快速移動的物質(zhì)撞上其周圍環(huán)境中的氣體。

　　通過使用光譜學(xué)--一種將光分解成不同波長的技術(shù)--研究人員可以推斷出每個(gè)事件中爆炸的恒星的成分。他們發(fā)現(xiàn)，這些光譜與所謂的“沃爾夫·雷耶特星”非常相似--這是一種質(zhì)量非常大、高度進(jìn)化的恒星類型，以最早發(fā)現(xiàn)它們的兩位天文學(xué)家 Charles Wolf 和 Georges Rayet 的名字命名。令人興奮的是，研究人員甚至能夠排除"正常"超新星爆炸的可能性。一旦快速物質(zhì)和環(huán)境之間的碰撞停止，源頭實(shí)際上就消失了--而不是長時(shí)間的發(fā)光。

　　這正是研究人員所期望的，如果在其核心坍縮期間，該恒星只噴射出少量的物質(zhì)，而該天體的其余部分則向下坍縮成一個(gè)巨大的黑洞。

　　研究人員認(rèn)為，最普通的一種解釋是，這是一次普通的超新星爆炸，但是在碰撞中形成了一個(gè)巨大的塵埃殼，將放射性碎片掩蓋在視野之外。還有一種可能是，這次爆炸是一種新的、不熟悉的類型，源自于不熟悉的恒星。

　　為了回答這些問題，研究人員將需要尋找更多這樣的天體。到目前為止，這類爆炸還很難研究，因?yàn)樗鼈冝D(zhuǎn)瞬即逝，很難找到。研究人員不得不接連使用幾個(gè)觀測站來描述這些爆炸的特征：茲威基瞬變設(shè)施來發(fā)現(xiàn)它們，利物浦望遠(yuǎn)鏡和北歐光學(xué)望遠(yuǎn)鏡來確認(rèn)它們的性質(zhì)，以及大型高分辨率觀測站(哈勃太空望遠(yuǎn)鏡、雙子座天文臺和甚大望遠(yuǎn)鏡)來分析它們的組成。

　　雖然研究人員最初發(fā)現(xiàn)這些事件時(shí)并不確切知道他們看到的是什么，但現(xiàn)在他們有了一個(gè)明確的假設(shè)：黑洞的誕生。

　　來自類似事件的更多數(shù)據(jù)可能很快就能幫助研究人員驗(yàn)證或證偽這一假設(shè)，并確定與他們團(tuán)隊(duì)和其他人一直在發(fā)現(xiàn)的其他類型的不尋常的快速爆炸的聯(lián)系。
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