天文學(xué)家們正越來越多地揭開黑洞的秘密。在過去的幾年里，科學(xué)家們終于捕捉到了黑洞的首張照片，并測量了它們在碰撞時產(chǎn)生的引力波--時空的漣漪。但是關(guān)于黑洞，仍然有很多未解之謎。最大的謎團之一就是它們首先是如何形成的。利物浦約翰摩爾大學(xué)的 Daniel Perley 和他的同事現(xiàn)在相信他們已經(jīng)觀察到了這個過程，為黑洞形成時究竟發(fā)生了什么提供了一些最佳跡象。他們的結(jié)果發(fā)表在《自然》和《天體物理學(xué)雜志》的兩篇論文中。

　　天文學(xué)家認為，根據(jù)觀察和理論，大多數(shù)黑洞是在大質(zhì)量恒星的中心在其生命末期坍縮時形成的。恒星的核心通常利用強烈的核反應(yīng)產(chǎn)生的熱量提供壓力，或者說支持。但是一旦這樣一顆恒星的“燃料”耗盡，核反應(yīng)停止，恒星的內(nèi)層就會在重力作用下向內(nèi)塌陷，擠壓到超常密度。

　　大多數(shù)時候，當(dāng)恒星的核心凝結(jié)成一個固體物質(zhì)球體，富含被稱為中子的粒子時，這種災(zāi)難性的塌縮就會停止。這導(dǎo)致了一個強大的反彈爆炸，摧毀了恒星(超新星)，并留下了一個被稱為中子星的天體。但是瀕臨死亡的恒星的模型顯示，如果最初的恒星質(zhì)量足夠大(是太陽質(zhì)量的 40-50 倍)，坍縮就會一直持續(xù)下去，直到恒星被壓成一個引力奇點--一個黑洞。

　　雖然現(xiàn)在在整個宇宙中經(jīng)常觀察到恒星坍縮形成中子星(超新星調(diào)查每晚都會發(fā)現(xiàn)幾十個新的中子星)，但天文學(xué)家還不能完全確定在坍縮成黑洞期間會發(fā)生什么。一些模型表明，整個恒星會被吞噬，沒有什么痕跡。還有人提出，坍縮成黑洞會產(chǎn)生一些其他類型的爆炸。

　　例如，如果恒星在坍縮時正在旋轉(zhuǎn)，一些墜落的物質(zhì)可能會被集中到噴流中，以高速逃離恒星。雖然這些噴流不會包含太多的質(zhì)量，但它們會有很大的沖擊力：如果它們撞上了什么東西，就釋放的能量而言，其影響可能是相當(dāng)巨大的。

　　到目前為止，黑洞誕生時產(chǎn)生爆炸的最佳“候選者”是被稱為長時間伽馬射線暴的奇怪現(xiàn)象。這些事件最早是在 20 世紀 60 年代由軍事衛(wèi)星發(fā)現(xiàn)的，被認為是由塌縮恒星中新形成的黑洞加速到令人難以置信的速度而產(chǎn)生的。然而，這種設(shè)想的一個長期問題是，伽馬射線暴也會排出大量的放射性碎片，這些碎片會持續(xù)閃耀數(shù)月。這表明大部分的恒星向外爆炸到太空中(如普通的超新星)，而不是向內(nèi)塌縮成黑洞。

　　雖然這并不意味著黑洞不可能在這樣的爆炸中形成，但一些人認為，其他模型為伽馬射線暴提供了比黑洞形成更自然的解釋。例如，一顆超級磁化的中子星可能在這樣的爆炸中形成，并產(chǎn)生它自己的強大噴流。

　　然而，Perley 和他的同事最近發(fā)現(xiàn)了一個新的、(在他們看來)更好的創(chuàng)造黑洞的候選事件。在過去三年中的兩個獨立場合--一次在 2019 年，一次在 2021 年--我們目睹了一種異常快速和轉(zhuǎn)瞬即逝的爆炸類型，與伽馬射線暴非常相似，源于少量非常快速移動的物質(zhì)撞上其周圍環(huán)境中的氣體。

　　通過使用光譜學(xué)--一種將光分解成不同波長的技術(shù)--研究人員可以推斷出每個事件中爆炸的恒星的成分。他們發(fā)現(xiàn)，這些光譜與所謂的“沃爾夫·雷耶特星”非常相似--這是一種質(zhì)量非常大、高度進化的恒星類型，以最早發(fā)現(xiàn)它們的兩位天文學(xué)家 Charles Wolf 和 Georges Rayet 的名字命名。令人興奮的是，研究人員甚至能夠排除"正常"超新星爆炸的可能性。一旦快速物質(zhì)和環(huán)境之間的碰撞停止，源頭實際上就消失了--而不是長時間的發(fā)光。

　　這正是研究人員所期望的，如果在其核心坍縮期間，該恒星只噴射出少量的物質(zhì)，而該天體的其余部分則向下坍縮成一個巨大的黑洞。

　　研究人員認為，最普通的一種解釋是，這是一次普通的超新星爆炸，但是在碰撞中形成了一個巨大的塵埃殼，將放射性碎片掩蓋在視野之外。還有一種可能是，這次爆炸是一種新的、不熟悉的類型，源自于不熟悉的恒星。

　　為了回答這些問題，研究人員將需要尋找更多這樣的天體。到目前為止，這類爆炸還很難研究，因為它們轉(zhuǎn)瞬即逝，很難找到。研究人員不得不接連使用幾個觀測站來描述這些爆炸的特征：茲威基瞬變設(shè)施來發(fā)現(xiàn)它們，利物浦望遠鏡和北歐光學(xué)望遠鏡來確認它們的性質(zhì)，以及大型高分辨率觀測站(哈勃太空望遠鏡、雙子座天文臺和甚大望遠鏡)來分析它們的組成。

　　雖然研究人員最初發(fā)現(xiàn)這些事件時并不確切知道他們看到的是什么，但現(xiàn)在他們有了一個明確的假設(shè)：黑洞的誕生。

　　來自類似事件的更多數(shù)據(jù)可能很快就能幫助研究人員驗證或證偽這一假設(shè)，并確定與他們團隊和其他人一直在發(fā)現(xiàn)的其他類型的不尋常的快速爆炸的聯(lián)系。
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