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宇宙中會(huì)有一些恒星，一聲不響靜悄悄的，就完全塌縮成黑洞嗎？

2020-09-10 20:20 作者:博科園 0人讀過(guò) | 我要投稿

來(lái)自包括莫納什大學(xué)引力波發(fā)現(xiàn)(OzGrav)ARC卓越中心一組科學(xué)家和首席研究員伊利亞·曼德?tīng)枺芯苛诵D(zhuǎn)的大質(zhì)量恒星在生命結(jié)束時(shí)會(huì)發(fā)生什么。

恒星通過(guò)在其核心將較輕元素熔合成較重的元素來(lái)產(chǎn)生能量：氫熔合成氦，然后氦熔合成碳、氧，以此類推，直至鐵。這種核聚變產(chǎn)生的能量還在恒星內(nèi)部提供壓力支持，以平衡引力，使恒星保持平衡。

但這個(gè)過(guò)程止于鐵，除了鐵之外，維持核聚變需要能量，而不是通過(guò)核聚變來(lái)釋放能量。重的鐵星核在重力作用下收縮，形成中子星，如果足夠重，就會(huì)形成黑洞。與此同時(shí)，恒星外層在一道耀眼的閃光中爆炸，可以觀察到這是一顆超新星。然而，一些大質(zhì)量恒星似乎在沒(méi)有任何爆炸的情況下完全消失了。理論認(rèn)為這些大質(zhì)量恒星完全塌縮成黑洞，但這可能嗎？

由加州大學(xué)圣克魯斯分校博士生Ariadna Murguia-Berthier領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)小組：涉及OzGrav首席調(diào)查員伊利亞·曼德?tīng)?Ilya Mandel)，著手回答這個(gè)問(wèn)題，他們特別感興趣的是了解一顆旋轉(zhuǎn)恒星是否會(huì)靜靜地坍縮成黑洞。其研究成果發(fā)表在《天體物理學(xué)》期刊上，研究描述了一組研究旋轉(zhuǎn)氣體云坍塌成黑洞的模擬。研究發(fā)現(xiàn)，如果氣體在開(kāi)始時(shí)旋轉(zhuǎn)得太快，它就不能有效地坍塌。

相反，氣體會(huì)在黑洞赤道周圍以甜甜圈的形狀失速。研究小組假設(shè)，落下的氣體撞擊到這個(gè)旋轉(zhuǎn)氣體甜甜圈中所產(chǎn)生的熱量將解開(kāi)恒星外層，并產(chǎn)生類似超新星的爆炸。還發(fā)現(xiàn)有一小部分恒星的旋轉(zhuǎn)速度足夠慢（低于氣體失速發(fā)生的門檻），實(shí)際上，它們可能會(huì)靜靜地坍塌成黑洞。將廣義相對(duì)論、復(fù)雜的計(jì)算技術(shù)、恒星模型和最新觀測(cè)成果結(jié)合起來(lái)，探索大質(zhì)量恒星中黑洞的形成，這是非常令人興奮的。

通常認(rèn)為，角動(dòng)量含量較低的大質(zhì)量恒星坍塌會(huì)導(dǎo)致黑洞形成，而沒(méi)有伴隨的明亮瞬變。新研究通過(guò)一般相對(duì)論流體力學(xué)模擬，了解新形成的黑洞內(nèi)和周圍流動(dòng)，包括吸積和旋轉(zhuǎn)，旨在研究在什么條件下，流入的物質(zhì)可以在不形成離心支撐的結(jié)構(gòu)的情況下生長(zhǎng)，從而不會(huì)產(chǎn)生有效的反饋。另一方面，如果來(lái)自黑洞的反饋是重要的，崩塌就會(huì)停止，研究認(rèn)為這一事件之后可能會(huì)有一個(gè)明亮的瞬變。

研究發(fā)現(xiàn)，只有當(dāng)流入物質(zhì)在最內(nèi)側(cè)穩(wěn)定圓軌道的比角動(dòng)量超過(guò)該半徑處測(cè)地圓流的比角動(dòng)量至少≈20%時(shí)，反饋才有效。利用模擬結(jié)果來(lái)限制正在消失的大質(zhì)量前身PHL293B-LBV和N6946-BH1最大恒星自轉(zhuǎn)速度，并提供一個(gè)大質(zhì)量恒星總體消失速度的估計(jì)。研究發(fā)現(xiàn)，大約有幾%的單顆O型恒星自轉(zhuǎn)速度在崩塌前預(yù)計(jì)會(huì)低于臨界值，因此預(yù)計(jì)會(huì)消失得無(wú)影無(wú)蹤。