Arp 299。NASA / ESA / 哈勃太空望遠鏡

雖然兩顆恒星的碰撞也有可能引發(fā)類似的爆炸事件，但是超新星爆發(fā)一直被認為是所有大質(zhì)量恒星的宿命。理論上質(zhì)量超過太陽10倍的恒星在耗盡燃料時都會變成超新星，但是最新的研究結(jié)果顯示，實際情況可能并非如此。

大質(zhì)量恒星的核燃料一旦耗盡，輻射壓將突然消失，引力將以摧枯拉朽之勢將恒星壓垮。恒星將會向內(nèi)坍縮，其外層結(jié)構(gòu)會與內(nèi)核猛烈碰撞。內(nèi)核在此過程中會被壓縮成一個致密的球體——中子星，或一個時空中的無底深淵——黑洞。恒星的外層結(jié)構(gòu)隨后會被反彈回太空，形成強大的沖擊波，將恒星撕裂。這個暴力的過程就是超新星爆發(fā)。

理論上，恒星的質(zhì)量如果大于太陽的9至10倍，且小于太陽的40至50倍，其臨終時就會爆發(fā)成為超新星。如果恒星的質(zhì)量大于太陽的40至50倍，超新星就沒有機會出現(xiàn)——其內(nèi)核將會直接變成黑洞，并將恒星直接吞沒。恒星的質(zhì)量如果超過太陽的150倍，就會爆發(fā)成為“極超新星”。“極超新星”的形成原理不是內(nèi)核坍縮，而是一種奇特的物理學過程——在這樣的恒星內(nèi)核中，光子將會通過碰撞形成電子和正子（電子的反物質(zhì)），并發(fā)生正反物質(zhì)間的“湮滅”。

最新的研究則認為，能夠形成超新星的恒星質(zhì)量上限可能要比40至50倍于太陽低許多。天文學家對一對編號為Arp 299的星系進行了研究。這對星系正處于碰撞的過程中。這一過程導致其內(nèi)部產(chǎn)生了大量超新星。

Arp 299內(nèi)部的元素豐度與超新星爆發(fā)有很大的關(guān)聯(lián)。在對Arp 299內(nèi)的鐵-氧比例，以及氖鎂-氧的比例進行了觀測之后，研究人員發(fā)現(xiàn)那里的氖-氧比例和鎂-氧比例與太陽相近，而鐵-氧比例比太陽低得多。

由于太空中的鐵元素大部分是由超新星制造的，因此研究人員測得的元素比例不符合標準的坍縮型超新星模型。但是假如我們把質(zhì)量高于23至27倍于太陽的超新星排除掉，情況就不一樣了。也就是說，假如我們假定質(zhì)量高于太陽27倍的恒星都直接變成了黑洞，理論模型就能夠很好地符合實際觀測結(jié)果。

雖然存在另一種可能，即超新星實際產(chǎn)生的氖鎂元素含量要高于理論預測，但是假如這種可能性不成立，那么那些質(zhì)量高于太陽27倍的恒星很有可能真的都消無聲息地直接變成了黑洞。宇宙中有比我們想象中多得多的大質(zhì)量恒星，臨終時根本來不及作出任何反應(yīng)，就被自己吞沒了。

參考
Elemental Abundances of the Hot Atmosphere of Luminous Infrared Galaxy Arp 299
https://arxiv.org/abs/2107.14500