当一颗大质量恒星（初始质量≥10倍太阳质量）走到生命末期时，其核心会塌缩并释放中微子。这些中微子会驱动一股激波进入外层，即恒星包层。
如果激波足够强，恒星包层就会被抛射出去，从而产生可观测的超新星；但如果由中微子驱动的激波没能将恒星物质抛射出去，那么根据理论的预测：恒星物质的大部分都会回落到正在坍缩的核心上，形成一个恒星质量黑洞，并导致这颗恒星从视野中消失。
在一项新发表于《科学》杂志的研究中，一个天文学家团队发现一颗名为M31-2014-DS1的垂死恒星，在其生命终点未能以超新星的形式爆炸，而是坍缩成一个黑洞。研究结果提供了迄今最有力的证据之一，表明所谓的“失败超新星”能够形成恒星质量黑洞。
从变亮到“消失”
M31-2014-DS1是一颗位于仙女星系中的“缺氢”超巨星，距离地球约250万光年。
研究人员在对这颗恒星的2005年至2023年间的观测数据进行分析之后发现，2014年，它在中红外波段开始变亮。随后在2017年到2022年间，它在光学波段的亮度降至原来的万分之一以下（从而变得不可探测），而其总光度也降至先前的十分之一以下。
一颗恒星坍缩并形成黑洞。黑洞位于中心，无法被直接看见；其周围是一层向外扩张、远离黑洞的尘埃壳，以及被黑洞向内牵引、正朝其落入的气体。（视频/Keith Miller, Caltech/IPAC – SELab）
M31-2014-DS1曾是仙女星系中最明亮的恒星之一，如今却完全看不见了。这就好比如果有一天参宿四突然消失，那么所有人都会“疯掉”。
研究人员将这些观测与理论预测进行对比后得出结论：这颗恒星亮度的骤降，为其核心坍缩并变成黑洞提供了强有力的证据。
被忽略的关键因素
对M31-2014-DS1的观测与分析，使研究团队能够回过头来重新解读一颗类似恒星——NGC 6946-BH1——的观测结果。由此，他们在理解一个关键问题上取得了重要突破：当恒星未能爆发成超新星、而是坍缩成黑洞之后，原本包裹着恒星的外层物质究竟经历了什么变化。
他们指出，在此前的类似研究中，可能忽略了一个关键因素——对流。
对流是恒星内部巨大温差的副产物。靠近恒星中心的物质极其炽热，而外层区域则要冷得多。这种差异会导致恒星内部的气体从较热区域向较冷区域运动。当恒星核心坍缩时，由于这种对流作用，其外层气体仍在快速运动。理论模型表明，这会阻止大部分外层物质直接回落进去；相反，最内侧的物质会在黑洞外绕行，并驱动对流区域最外侧物质的抛射。
被抛出的物质在远离黑洞周围的高温物质时会逐渐冷却。这些冷却后的物质在原子与分子结合时很容易形成尘埃。尘埃会遮蔽绕黑洞运行的热气体，使尘埃被加热，并在红外波段产生可观测的增亮。这种挥之不去的红色余辉，在恒星本身消失后的几十年里仍然可见。
对流减缓回落
研究人员此前已经为这些对流模型建立了理论预测。借助来自M31-2014-DS1的观测证据，他们认为，吸积率——也就是物质回落的速率——比恒星直接向内塌陷时要慢得多。这些发生对流的物质具有角动量，因此会在黑洞周围形成近似环绕的运动。它不是在几个月或一年内回落，而是需要几十年。正因为这些原因，它会成为一个比其他情况下更明亮的光源，而使得观测到的原始恒星的变暗出现了很长的延迟。
就像水会在浴缸排水口周围旋转、而不是笔直向下流动一样，在这个新形成的黑洞周围运动的气体，即使被缓慢向内拉拽，也仍会继续沿着其混乱的轨道运行。因此，由对流引发的沉降受阻，阻止了整颗恒星直接坍缩进这个新生黑洞之中。相反，研究人员提出：即使核心迅速向内塌陷之后，部分向外流出的物质也会在随后数十年间缓慢回落。
研究人员估计，原始恒星包层气体中只有约1%会落入黑洞，为如今从黑洞发出的光提供能量。
完善黑洞诞生图景
这项研究通过将对M31-2014-DS1的最新观测与十余年的档案数据相结合，验证并完善了此类大质量恒星如何演化成黑洞的理论模型。这一成果引发了广泛的关注，并有助于我们更好地理解，为何有些大质量恒星在死亡时会变成黑洞，而有些则不会。
#参考来源：
https://www.simonsfoundation.org/2026/02/12/caught-in-the-act-astronomers-watch-a-vanishing-star-turn-into-a-black-hole/
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adt4853
#图片来源：
封面图&首图：Keith Miller, Caltech/IPAC – SELab
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