如何看待 NASA 稱或將首次捕捉到恆星變成黑洞瞬間畫面,恆星變黑洞可以這麼迅速嗎?


這個問題是17年提的,最近也有類似的觀測結果。不過這裡的說法純粹是國內媒體胡亂翻譯+斷章取義,並不是「瞬間」,而是「沒有經歷(足夠明亮的)超新星爆發」,接下來進入正題。

2009年開始,發現N6946-BH1在一次弱但長期的爆發後開始變暗,而2015年後就再也沒有在可見光波段觀測到這顆恆星[1][2]。這是一顆 [公式] 的紅超巨星,很可能是沒有經歷超新星爆發就直接坍塌成黑洞,挑戰了我們過去對恆星演化的認識。

過去也有統計證據支持這種可能性,例如:從未發現過更大質量的超新星前身;觀測到的中子星和黑洞質量分布不連續;觀測到的大質量恆星形成速率和超新星爆發頻率可能不一致。雖然也可能只是恆星被拋出的物質暫時遮住,但結合後期近紅外波段的觀測,真實的情形偏向於恆星緩慢拋出包層,之後物質回落被新生的黑洞吸積。

2019年在一個貧金屬矮星系PHL 293B中也觀測到類似的現象[3][4]。1998年開始天文學家就注意到這一星系,在它光譜中強且藍移的H I,Fe II和He I吸收線,被認為是高光度藍變星(LBV)的特徵。然而,2016-2019年這些特徵逐漸消失,也並沒有發生突變,如下圖,灰色虛線是用以對照的2009年數據。

結合同時段內的可見光觀測結果(這次由於相距遙遠,我們很難準確辨別出單獨的恆星,無法斷定是否就是單獨的恆星突然消失),似乎表明這顆LBV沒有經歷超新星爆發就直接坍塌了。不過這篇論文的作者也指出上篇論文中討論過的可能,也許只是處於演化後期的LBV,伴隨著持續的物質拋射,逐漸變暗又被擋住了。

還有研究者認為如果這是LBV,那它太亮了,並且應該有更顯著的光變,從而指出,也許我們觀測到的只是1995-1998年發生的一次II n型超新星爆發拋射物與星周物質相互作用產生的光[5]。不過我們沒有那一時段的觀測資料。

最近也有廣義相對論數值模擬表明,低速旋轉的大質量恆星很可能不會經歷超新星爆發,安靜地坍塌成黑洞[6][7],或可進一步解釋這兩個反常觀測結果。隨著恆星坍塌,物質會內流向新生的黑洞,角動量的大小決定了它們的最終命運。

下圖的模擬結果顯示,隨著角動量增大(從左至右),吸積流不再呈球對稱分布,而是形成吸積盤,甚至出現激波。激波將阻礙吸積,中止坍塌,導致超新星爆發這樣的明亮瞬變事件,而角動量小的情形就可能只是安靜地坍塌。

參考

  1. ^https://phys.org/news/2017-05-collapsing-star-birth-black-hole.html
  2. ^S. M. Adams et al., The search for failed supernovae with the Large Binocular Telescope: confirmation of a disappearing star, MNRAS 468: 4968-4981 (2017).
  3. ^https://phys.org/news/2020-06-cosmic-mystery-large-telescope-captures.html
  4. ^A. P. Allan et al., The possible disappearance of a massive star in the low-metallicity galaxy PHL 293B, MNRAS 496: 1902-1908 (2020).
  5. ^C. J. Burke et al., The Curious Case of PHL 293B: A Long-lived Transient in a Metal-poor Blue Compact Dwarf Galaxy, ApJL 894: L5 (2020).
  6. ^https://phys.org/news/2020-06-black-hole-reveals-star-collapse.html
  7. ^A. Murguia-Berthier et al., On the maximum stellar rotation to form a black hole without an accompanying luminous transient, arXiv: 2005.10212, submitted to ApJL (2020).


這是典型的UnNova

就是典型的恆星沒有通過supernova爆炸直接形成了黑洞

恆星變成黑洞在最後時刻是很快的,但是前面形成supernova確很慢,需要在恆星里聚變出鐵元素,一旦出現鐵元素,就代表了Exothermic Fusion這個過程結束了,恆星不再能通過聚變獲取能量,無法抵抗自身重力的情況下變成supernova

在形成supernova之後會先變成一個中子星,這時候恆星靠中子簡併壓和泡利不相容定理支撐,由於沒有什麼能overcome泡利不相容定理,所以中子星看起來還算穩定。

但是由於中子之間靠的非常近,中子的position space [公式] 相對穩定,但是根據海森堡原理中子momentum space [公式] 非常巨大,這時候中子星還在持續增加質量,表面已經形成了一個潛在的事件視界,持續增加質量的時候momentum space繼續擴大,phase space能容納更多的中子,所以position space進一步縮小直到達到schwarzschild radius

[公式]

恆星表面和事件視界重合,事件視界類不再有圓形測地線,黑洞誕生了。

這個過程本身發展的其實很快,只是這次沒看到supernova所以我們很奇怪。


恆星變黑洞,究竟花費多少時間,要看你怎麼算:

超大恆星在硅燃燒之後,恆星的中心鐵核已經達到了50億度。由於沒有額外的熱能可以通過新的聚變反應產生,因此沒有任何能量可以阻止恆星的引力坍縮。

這時候,恆星的外層以光速的20%左右向核心崩塌,約1/4秒就撞擊到鐵核上,以極大的速度反彈出去,這就是壯麗無比的超新星爆炸。這個衝擊波最多也只需要幾個小時就傳遞到恆星表面。


小結一下:

1,超大恆星從誕生變成黑洞總共約需要幾百萬年。

2,最後一步核反應「硅燃燒」大約需要一天。

3,引力坍縮,不到一秒就完成了。

4,衝擊波幾小時傳遞到恆星表面。

5,接下來幾個月甚至幾年它都會很亮。

沒找到題主說的NASA消息,求分享。如果是真的如題主所說,「捕捉到恆星變成黑洞的瞬間」指的應該是引力坍縮這一步驟,畢竟現在已經有LIGO了。

參考閱讀:

1,

宇宙中氧元素丰度為何排第三位??

www.zhihu.com圖標

2,https://www.roe.ac.uk/~wkmr/Teaching/DiscAstron/Highmassstars.pdf

3,https://www.universetoday.com/119733/how-quickly-does-a-supernova-happen/


2011年的哈勃觀測數據以及之前更早的其他觀測都表明,在距離我們7500萬光年的寶瓶座矮不規則星系PHL 293B中存在一顆超大質量恆星,這是一顆高光度藍變星(LBVs),其亮度比太陽高250萬倍,這種恆星壽命很短且不穩定。當時研究者認為該恆星處於演化的晚期階段,是研究超大質量恆星如何終結的理想目標。

2019年,天文學家使用歐南台甚大望遠鏡再次觀測這個星系時,發現這顆恆星似乎已經消失了。對於它的消失有兩種解釋:它可能被爆發拋射出的塵埃物質遮掩而降低了亮度,也可能在經歷了短暫的「失敗的超新星」爆發後,迅速坍縮成一個黑洞。如果真是這樣,這將是極為罕見的事件。

歐南台(ESO)的科學藝術家繪製的想像圖

哈勃拍攝的矮星系PHL 293B ,圖片來自NASA,ESA/Hubble, 2011年

PHL 293B的位置,圖片來自ESO ,IAU ,Sky Telescope

沒有任何機構或學者宣稱什麼首次捕捉到恆星變成黑洞瞬間畫面,他們只是發布了從較短間隔的兩次觀測中發現恆星出現了重大變化這一罕見事實。

罕見並不是沒有,實際上在2015年,哈勃就在距離我們約2200萬光年的NGC 6946中觀測到一次類似的疑似「失敗的超新星」,它還沒有來得及猛烈爆發,就被自己產生的黑洞吃掉了。超大質量恆星直接或迅速坍縮成黑洞,不產生明顯或劇烈的超新星爆發現象的幾率或許比我們以前認為的更大。

參考:Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Issue 2, August 2020

《he possible disappearance of a massive star in the low-metallicity galaxy PHL 293B》

Andrew P Allan, Jose H Groh, Andrea Mehner, Nathan Smith, Ioana Boian, Eoin J Farrell, Jennifer E Andrews

DOI:10.1093/mnras/staa1629

PDF: http://academic.oup.com/mnras/article-pdf/496/2/1902/33437722/staa1629.pdf


天文小白來回答,所以我也只用我小白的語言描述。

恆星停止燃燒就像飛機沒有了燃料,開始自由落體運動,自由落體速度取決於引力,即將變成黑洞的恆星引力之大可想而知,所以當然是一瞬間完成了坍塌。


突然腦洞大開:如果這顆恆星是在一瞬間以光速或超越光速的速度遠離地球的話,它發出的光就會永遠抵達不到地球,這樣也能達到這樣的效果。


我服了,唯一的答案居然是一個疑似民科寫的。我知識功底不紮實,寫不出長篇大論逐條反駁,但是就我所學過的知識,我知道他說的幾乎沒有一句話是對的。反對一個 @快樂小松 的回答吧,給其他人做個提醒。


哈哈,大概是為了吸引眼球吧!

天體的演化,假如幾年就實現的變化就可以說是瞬間,幾乎沒有;就是超新星爆炸也要一年多的時間。

其實,黑洞是不存在的,告訴霍金,他研究的黑洞是不存在的,他會跳出來嗎?

圖片來源於網路,內容沒有編輯。

2019年拍攝的黑洞M87,有兩條5000光年的射流,根據相對論有質量的物質是不可能加速到光速的;既然不到光速的物質流可以射出,那麼光子一定可以從所謂的「黑洞」射出,強引力場黑洞一定是不存在的。

《相對論剔瑕》https://mp.weixin.qq.com/s/SxcIhGoXS2roZ6NcIlpm6A

《拉普拉斯黑洞的秘密》https://mp.weixin.qq.com/s/kUuveSQw9WsywqkmILpjHQ

《宇宙以及星系的演化》:https://mp.weixin.qq.com/s/HMSfSK7drfFI9w5r2A3p0A

《機會一直在你身邊》:https://mp.weixin.qq.com/s/As_fHD2FVKh5znN_7aT05g

關注公眾號黑洞統御宇宙,給您最新的原創思想,謝謝。。


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