重新评估 M31-2014-DS1：为什么仙女座星系的“消失”恒星挑战了失败超新星理论
2014年，天文学家在监测仙女座星系 (M31) 时目睹了一场罕见且令人费解的宇宙消失事件。一颗被称为 M31-2014-DS1 的大质量黄超巨星开始迅速变暗，最终从光学视野中消失。多年来，主流科学共识认为这是一个“失败超新星”——即一颗大质量恒星跳过了灿烂的爆炸过程，直接坍缩成了黑洞。然而，Noam Soker (Technion - Israel Institute of Technology) 的一项新研究表明，这场“消失戏法”可能并非表面看上去那样。通过重新评估发生失败超新星所需的物理参数，Soker 认为这种情景在数学上是不太可能的，而且这颗恒星可能仍然存在，只是隐藏在宇宙尘埃的帷幕之后。
失败超新星假说
失败超新星的概念是现代恒星死亡“中微子驱动”机制的基石。在这个模型中，当大质量恒星的内核坍缩时，产生的大量中微子带走了大量的质量和能量。这种引力的突然丧失导致恒星的外层发生膨胀。虽然恒星的大部分会坍缩成黑洞，但包层的一小部分会被抛射到空间中，部分物质最终会回落向新形成的奇点。这种“回落”物质理论上会形成吸积盘，为微弱的喷流和一种缺乏标准超新星亮度的低光度暂现事件提供能量。
对于 M31-2014-DS1，研究人员此前曾提议正是发生了这一系列事件，留下了一个大约五倍太阳质量的黑洞。这一理论的吸引力在于它能够解释为什么宇宙中一些最大质量的恒星似乎在没有预期的烟火秀的情况下就消失了。它还有助于解释“红超巨星缺失”问题——即我们观测到的高质量超新星前身星数量少于恒星演化模型的预测。
精细调节的挑战
在其最新研究中，Noam Soker 挑战了该模型的可行性，将其定性为“失败的失败超新星情景”。根据 Soker 的说法，匹配 M31-2014-DS1 观测结果所需的特定条件极其严苛，在物理上极不可能。失败超新星模型要求黑洞实际吸积的回落物质不到 1%。如果消耗了更多物质，产生的喷流能量将远高于在仙女座星系中观测到的强度。
Soker 指出该事件在时间尺度上存在明显的矛盾。拟议的模型表明，吸积驱动的喷流必须保持活跃十年以上才能解释光变曲线，但这些喷流又必须在同一时期内设法不切断气体的流入。“我认为这种精细调节的要求是不太可能的，”Soker 在他的分析中写道，并指出吸积气体与流出喷流之间的物理反馈回路通常会更剧烈地调节此类系统。在 Soker 看来，一个系统维持这种微妙的、长达十年的失衡状态的可能性几乎为零。
对流与角动量涨落
Soker 批评的一个重要部分集中在黄超巨星坍缩前的对流作用上。在恒星坍缩之前，其外层是一个沸腾的对流单体大锅。这些单体具有随机的角动量。当恒星坍缩时，这种“旋涡”并不会消失；它决定了回落物质如何与黑洞相互作用。
Soker 认为，即使恒星整体转动缓慢，其内部的湍流也足以形成间歇性的吸积盘。这些吸积盘必然会通过 Soker 所确认的抖动喷流爆炸机制 (JJEM) 发射喷流。“由于坍缩前的包层对流，回落物质具有巨大的角动量涨落，”Soker 解释道。他的计算表明，这些涨落产生的喷流能量足以触发更明亮的爆炸，而不是 2014 年观察到的微弱衰减光芒。M31-2014-DS1 没有发生剧烈爆炸这一事实表明，核心坍缩事件可能根本没有发生。
辐射差异与替代情景
除了吸积机制外，Soker 还发现了观测光线中的差异。在失败超新星的情景中，流出的喷流与周围恒星气体之间的相互作用应该在物质冷却时产生显著的辐射。然而，Soker 的分析发现，这种冷却区预期的辐射将比望远镜探测到的值至少高出一个数量级。这种不匹配进一步削弱了黑洞诞生的可能性。
那么，如果不是失败超新星，这颗恒星发生了什么？Soker 指向了另一种可能：II 型中等亮度光学暂现源 (ILOT)。在这种情景下，该恒星是一个双星系统的一部分，经历了一次剧烈的相互作用或部分合并。这类事件会抛出大量的气体，并迅速冷凝成尘埃。这些尘埃充当了宇宙“遮蔽物”，阻挡了恒星的光线，使其看起来像是消失了。“变暗是由于剧烈双星相互作用中的尘埃抛射造成的，”Soker 建议道，并指出这一解释符合观测数据，且不需要“不太可能的精细调节参数”。
对恒星演化的影响
关于 M31-2014-DS1 的争论对于我们理解宇宙中最大质量恒星的生命周期具有深远影响。如果失败超新星真的如 Soker 所言那样罕见，那就意味着大多数大质量恒星确实是以灿烂的爆炸结束生命的，而我们目前的“中微子驱动”模型可能需要重大修正。这也预示着那些“失踪”的前身星并没有消失在黑洞中，而可能是被它们自身晚期的质量损失或双星相互作用所遮蔽。
Soker 的工作与最近的其他研究相吻合，例如 Beasor et al. (2026) 的研究，他们利用了来自詹姆斯·韦伯空间望远镜 (JWST) 和次毫米波阵列 (SMA) 的数据。这些观测未能探测到人们预期的、来自新形成且正活跃吸积物质的黑洞的高能特征（如特定的 X 射线通量）。相反，红外数据表明尘埃呈非球形分布，这是双星相互作用而非单颗恒星对称坍缩的标志。
仙女座之谜的下一步
Soker 的“失败的失败超新星”理论的最终检验将是时间。如果这颗恒星仅仅是隐藏在双星相互作用中抛出的尘埃壳后面，那么这些尘埃最终会膨胀变薄，或者恒星会移动到遮蔽物之外。Soker 此前曾预测 M31-2014-DS1 最终会重新出现，这种“复活”将彻底证伪黑洞坍缩理论。
未来的研究将集中在对该位置进行红外和无线电波段的长期监测。随着像 JWST 这样的望远镜继续窥探仙女座星系的尘埃，天文学家希望找到“确凿证据”——要么是隐藏双星系统微弱而持久的热量，要么是黑洞那不容置疑的寂静。就目前而言，这颗消失的超巨星案例仍然是一个警示故事，提醒人们恒星死亡的复杂性，以及在恒星消失时就假设它已彻底离去的危险性。
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