仙女座星系“失败超新星”产生黑洞

天文学家最近记录了邻近的仙女座星系（Andromeda galaxy）中一个黑洞的静默诞生，此前他们观察到一颗大质量恒星M31-2014-DS1消失，却并未出现超新星标志性的灿烂光芒。这一罕见的天文事件通常被称为“失败的超新星”，为恒星核心直接坍缩成奇点的恒星死亡提供了关键的观测证据。通过分析近二十年的存档数据，研究人员重建了一个时间轴，表明并非所有大质量恒星都以剧烈的爆炸结束生命，有些可能只是简单地从视野中消失。

什么是失败的超新星？

失败的超新星是一种罕见的恒星事件，即一颗大质量恒星经历了核坍缩，但未能产生明亮的爆炸，而是随着恒星外层向内坠落直接形成了一个黑洞。与典型的II型超新星不同，其内部冲击波不足以抛射出恒星物质，导致恒星变暗并从可见光中静默消失。

恒星演化模型长期以来一直预测，相当大比例的大质量恒星——可能高达20%到30%——可能会以这种方式结束生命。在标准的超新星爆发中，核心的坍缩会触发反弹冲击波，将恒星的外层炸向太空，产生足以盖过整个星系光芒的闪光。然而，在失败的超新星中，形成的黑洞引力如此巨大，以至于压倒了向外的压力，吞噬了恒星的大部分质量，仅留下微弱的红外特征。

天文学家是如何发现仙女座星系中静默黑洞形成的？

天文学家通过监测大质量恒星M31-2014-DS1，发现了仙女座星系中静默的黑洞形成。该恒星最初很明亮，但在2016年至2019年间急剧变暗，并到2023年完全消失。通过利用来自NASA的NEOWISE任务和地面天文台近20年的存档数据，研究人员追踪了这颗恒星从发光体到不可见点的独特转变过程。

研究团队的研究成果于2026年2月16日发表在《Science》杂志上，他们高度依赖近地天体广域红外探测器（NEOWISE）。这一红外档案让团队能够看穿距离250万光年外的仙女座星系的尘埃，并记录下了2014年的一次特定增亮事件。这次红外峰值预示着这颗恒星在核心核燃料耗尽之前正在脱落其最外层，这是一份极难被实时捕获的珍贵的“前后对比”记录。

• 2005–2014年： 该恒星作为一颗大质量变星保持在稳定、高亮度的状态。
• 2014年： 红外亮度突然增加，表明其喷射出了一个厚厚的气体壳层。
• 2016–2023年： 可见光骤降至原来的十分之一，使得传统望远镜无法观测到该恒星。
• 2023年末： 坍缩现场周围受热的尘埃只留下了微弱的、挥之不去的红外余晖。

有哪些证据证明 M31-2014-DS1 形成了一个黑洞？

证明M31-2014-DS1形成黑洞的证据包括：它持续褪色至原始亮度的极小部分且没有任何发光爆发，这表明发生了大部分质量向内内爆的核坍缩。此外，围绕新奇点运行的被尘埃遮蔽的热气体发出的微弱红外余晖，也支持了恒星核心已变成致密天体的结论。

缺乏传统的超新星“光回声”是爆炸失败的最有力指标。当像M31-2014-DS1这样的恒星坍缩时，释放出的引力能通常会驱动巨大的爆炸。然而，在这种情况下，物质在恒星自身引力的作用下向内回落。根据受NASA天体物理学数据分析计划支持的研究，由此产生的天体估计是一个约为6.5倍太阳质量的黑洞。这符合“静默”死亡的理论模型，即由于内部能量供应耗尽，无法支撑恒星的重量，核心直接发生坍缩。

红外天文学在这一发现中被证明至关重要，因为它可以探测到遗留下的热气体和尘埃形成的“面纱”。虽然这颗恒星在可见光谱中消失了，但NEOWISE的数据显示，碎屑云仍从内部被加热。这种热量表明，虽然恒星表面已经消失，但一个巨大的致密天体仍留在中心，并继续通过强引力与周围物质相互作用。

对星系演化和未来研究的意义

M31-2014-DS1的发现表明，这些恒星的“静默”结局可能比之前在局部宇宙中所认识到的更为普遍。如果很大一部分大质量恒星绕过了超新星阶段，这将解释为什么天文学家发现的超新星爆炸数量少于大质量恒星理论诞生率所暗示的数量。这部分“缺失”的超新星群体，可能就是由这些直接坍缩成黑洞而没有预想中“烟花秀”的恒星构成的。

展望未来，这项研究的成功凸显了长期巡天监测和策展数据档案的巨大价值。随着薇拉·鲁宾天文台（Vera C. Rubin Observatory）等新设施的投入使用，天文学家预计将识别出更多失败的超新星候选者。通过对这些事件建立更完整的普查，科学家可以更好地了解黑洞的质量分布以及宇宙中最大质量天体的复杂生命周期。目前，仙女座星系中这颗消失的恒星，是恒星爆炸失败但成功转化为黑洞的最清晰观测案例之一。