较重恒星可能不像超新星爆炸,只悄悄内爆成黑洞

一般认为,所有质量超过太阳10倍的恒星最终都会变成超新星,但新研究表明情况并非如此。

大型垂死恒星的模型,核心塌陷形成超新星发生在9~10倍太阳质量以上恒星,最高可达40~50倍太阳质量。超过这个质量上限的恒星,可能会直接塌陷成黑洞,而不会变成超新星。太阳质量150倍以上的超大质量恒星,可能会以极超新星(Hypernova)爆炸。这些“巨兽”并不是因核心塌缩爆炸,而是称为不稳定对(pair instability)效应,即核心产生的碰撞光子会产生电子和正电子对。

这项新研究表明,核心塌缩成超新星质量上限可能比想象低得多。研究小组观察一对称为Arp 299的碰撞星系的元素丰度,由于星系正处于碰撞阶段,以致该区域变成超新星温床。因此Arp 299元素丰度应该很大程度取决于超新星爆炸释放的元素。测量铁与氧丰度比,以及氖、镁分别与氧的比值后,发现Ne/O和Mg/O比值与太阳相似,而Fe/O比值远低于太阳比值。

研究小组观察到的比率并不符合标准核心坍塌模型,但发现如果排除任何超过23~27倍太阳质量的超新星,数据与超新星模型非常吻合。即如果恒星约27倍太阳质量以上时坍缩成黑洞,模型和观测结果就一致。

这项研究结果并不能证明超新星的质量上限比想象小,也有可能超新星产生的氖和镁含量比模型预测高。不管怎样,对大恒星最后的垂死挣扎,仍有很多东西要了解。

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