這顆失敗的超新星，可能讓我們第一次目睹黑洞的誕生

N6946，又被稱為「焰火星系」。（圖片來源：Subaru Telescope & Robert Gendle）

2007年，距離地球2200萬光年外的一顆紅超巨星引起了天文學家的注意。這顆恆星位於N6946星系，因此被稱為N6946-BH1。天文學家預期這顆在演化末期的恆星會經歷一次劇烈的爆炸，成為超新星。但是N6946-BH1卻讓天文學家們大跌眼鏡，它沒有爆炸，而是慢慢地消失在視線之中。這導致他們懷疑自己第一次目睹了一個黑洞的誕生。

藍色圓圈所標記的是恆星N6946-BH1，在2015年的時候，它消失不見了。（圖片來源：NASA, ESA, and C. Kochanek）

上圖是由哈勃望遠鏡分別在2007年和2015年在同一可見光波段下拍攝的N6946-BH1。在2007年，我們能清晰地觀測到那顆質量約為太陽25倍的恆星；而到了2015年，這顆恆星卻莫名地消失了。

其中一種可能的解釋是，N6946-BH1已經死亡並變成了一個黑洞。但人們普遍接受的理論告訴我們黑洞會通過超新星形成：如果一個恆星的質量足夠大，在它演化的末期會爆炸釋放出巨大能量，而內核會坍縮成很小的緻密的點，產生光都無法逃逸的黑洞。而天文學家卻發現 N6946-BH1並沒有成功地形成超新星。

超新星的觸發有兩種不同形式：

第一種：恆星的引力會吸引周圍的物質，使恆星在短時間內積累到足夠質量從而坍縮；

第二種：質量約為太陽質量8到15倍的恆星在耗盡燃料後，會在自身的引力下坍縮。

在這兩種情況下，當坍縮的氣體從緻密的核心被推回時，被擠壓在一起的物質的碎屑都足以產生壯觀的輻射。但似乎不是所有的恆星消亡過程都與我們的期望相符。鑒於宇宙中大質量恆星的存在情況來看，超新星的數量似乎遠遠不夠。

N6946-BH1的質量是太陽的25倍，遠遠超過了能通過第二種超新星觸發方式的極限。科學家對大質量恆星的坍縮形成黑洞已有較多研究，但對有些恆星最終會變成時空中一個黑暗緻密的點的過程卻了解甚少，他們甚至還不太會分辨出這些恆星。

2009年，一群天文學家利用位於亞利桑達的大雙筒望遠鏡(LBT)對這顆「失敗」的超新星進行進一步監測，發現它在2009年3月和5月之間變得特別明亮，但這個亮度仍遠不及超新星所能發出的光亮。在持續了幾個月的高亮度後，它開始逐漸變暗，到了2015年幾乎在可見光波段中消失。

N6946-BH1的亮度在2009年時達到了峰值，但遠不及超新星的亮度。（圖片來源：NASA Goddard/Youtube）

在下結論前，天文學家檢查了它是否有可能被塵埃遮擋的可能性，他們通過Spitzer太空望遠鏡(SST)對N6946-BH1進行了紅外波段的觀測，發現它雖仍有釋放出紅外輻射，卻也在逐漸變弱。俄亥俄州的首席研究員克里斯托弗·柯夏內克（Christopher Kochanek）去年說：「其主旨是，沒有恆星是可以完全隱匿在塵埃中的，所以可以確定的是無論現在在那裡的是什麼，它的亮度要比之前存在的恆星弱許多。」

在紅外波段下，N6946-BH1的亮度也在逐漸下降（紅線）。（圖片來源：NASA Goddard/Youtube）

所以看上去恆星真的慢慢消失了，而沒有變成超新星。那這個過程中究竟發生了什麼呢？它有沒有可能還形成了黑洞呢？Kochanek說：「在失敗的超新星模型的背景下，殘留的光與新形成的黑洞所能釋放的輻射的後期衰減相一致。」 簡單來說，要在沒有形成超新星的情況下仍有黑洞形成，還需有另一個過程進行。

在這一系列活動發生之前，N6946-BH1是一顆紅超巨星，它有一個地球大小的緻密核心，外圍是一個巨大的主要為氫氣的包層，它的大小就如同木星的公轉軌道。氫包層與恆星的結合很弱，當恆星的核心坍縮時，中微子會帶走部分能量使得引力質量降低約太陽質量的十分之幾。這種下降足以產生一個能穿透包層的微弱的衝擊波，將氫氣向外推。這能使得恆星經歷一個亮度約為太陽100萬倍的短暫時期(約一年)，而即便如此，這個亮度也遠遠不及超新星。在包層被噴射的過程中，所有原子都被電離，在緊接著包層冷卻的過程中，所有的電子又會再次束縛到原子上，並且釋放出維持這個短暫時期的能量。

最近，Kochanek再次表示說：「我們普遍認為，恆星只有在超新星之後才能形成一個黑洞。如果恆星能在不形成超新星的情況下，而仍然形成黑洞的話，這有助於解釋為何我們沒有看到大多數的超大質量恆星變成超新星。」

藝術描繪：失敗的超新星，恆星外層被拋射並膨脹圍繞著新誕生的黑洞。（圖片來源：P. Jeffries (STScl)/NASA/ESA）

我們對有多少大質量恆星最終會「閃爍著暗暗退場」或是「轟轟烈烈的爆炸」還並不完全清楚，但是俄亥俄州立大學的斯科特?亞當斯(Scott Adams)在他的博士課題中研究認為，「暗自退場」的概率可能高達近三分之一。Adams說：「N6946-BH1是我們在近七年的調查內發現的唯一一個可能『失敗』的超新星，在此期間，有六個正常的超新星在我們監測的星系內發生，這意味著有10％到30％的大質量恆星會以失敗的超新星作為生命的終結。」

發現這顆「失敗」的超新星的對天文學家帶來的算是一種勝利，隨著新技術的出現，我們開始可以利用引力波來研究大質量天體的天文現象，每一個新發現都將有助於我們更接近宇宙中最黑暗的部分。

為了確認這顆恆星是否真的變成了一個黑洞，天文學家計劃分析由錢德拉X射線天文台所觀測到的數據，從而能顯露出落入黑洞的氣體所發出的X射線。同時，他們也會繼續通過哈勃望遠鏡對其位置進行監測，以防它再次出現在可見光波段下。天文學家也打算未來讓韋伯太空望遠鏡也參與到對N6946-BH1在紅外光下的觀測，以防N6946-BH1隻是隱藏在了Spitzer所不能探測到的更低溫的塵埃里。

如果這顆「失敗」的超新星真的得到確認，那麼它帶給我們的不僅是恆星不需要經過超新星爆炸才能形成黑洞的新理論，也將是我們第一次目擊一個黑洞的誕生，從而掀開天文學的又一嶄新篇章。

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