大质量恒星的质量大约是太阳的八倍，它们在生命的尽头会以超新星的形式爆炸。这些爆炸会留下一个黑洞或一颗中子星，它们的能量如此之大，可以在几个月的时间里比它们的宿主星系更亮。然而，天文学家似乎发现了一颗大质量恒星，它跳过了爆炸，直接变成了黑洞。

恒星在向外的核聚变力和向内的引力之间保持平衡。当一颗大质量恒星进入最后的演化阶段时，它开始耗尽氢，它的聚变减弱。聚变产生的向外的力再也不能抵消恒星强大的引力，恒星就会自我坍缩。结果是超新星爆炸，这是一个灾难性的事件，摧毁了恒星，留下了一个黑洞或中子星。

然而，似乎有时这些恒星不会爆炸成超新星，而是直接变成黑洞。

新的研究表明，仙女座星系（M31）中一颗巨大的、氢耗尽的超巨星是如何爆炸成超新星的。这项研究的题目是“一颗大质量恒星的消失标志着M31黑洞的诞生”。主要作者是Kishalay De，他是麻省理工学院Kavli天体物理与空间研究所的博士后学者。

这种类型的超新星被称为核心坍缩超新星，也被称为II型超新星。它们相对罕见，在银河系中大约每100年发生一次。科学家们对超新星很感兴趣，因为它们产生了许多重元素，它们的冲击波可以触发恒星的形成。它们还会产生可以到达地球的宇宙射线。

这项新的研究表明，我们可能不像我们想象的那样了解超新星。

这颗恒星被命名为M31-2014-DS1。2014年，天文学家注意到它在中红外（MIR）波段变亮。在一千天的时间里，它的亮度是恒定的。然后，在2016年至2019年的又一千天里，它急剧消退。它是一颗变星，但这不能解释这些波动。在2023年，它在深光学和近红外（NIR）成像观测中未被发现。

研究人员说，这颗恒星诞生时的初始质量约为20个恒星质量，达到核燃烧的最后阶段，质量约为6.7个恒星质量。他们的观察表明，这颗恒星被一个最近喷出的尘埃壳所包围，这与超新星爆炸是一致的，但没有证据表明这是一次光学爆发。

作者写道：“M31-2014-DS1的戏剧性和持续的衰落在大质量演化恒星的变化景观中是例外的。”“M31-2014-DS1亮度的突然下降表明核燃烧的停止，以及随后的冲击未能克服落入的物质。”超新星爆炸是如此强大，以至于它完全压倒了坠落的物质。

作者解释说：“由于没有任何证据表明在如此接近的地方发生了发光爆发，对M31-2014-DS1的观测表明，这是一个导致恒星核心坍塌的‘失败’SN的特征。”

是什么让一颗恒星不能爆炸成超新星，即使它的质量适合爆炸？

超新星是复杂的事件。坍缩的核心内部的密度是如此极端，以至于电子被迫与质子结合，产生中子和中微子。这个过程被称为中微子化，它会产生强大的中微子爆发，这些中微子携带着恒星静止质量能量的10%左右。这种爆发被称为中微子激波。

中微子之所以得名，是因为它们是电中性的，很少与常规物质相互作用。每秒钟，大约有4000亿个来自太阳的中微子穿过地球上的每一个人。但在一个密集的恒星核心，中微子的密度是如此之大，以至于它们中的一些将能量沉积到周围的恒星物质中。这会加热材料，从而产生冲击波。

中微子冲击波总是停滞不前，但有时又会复苏。当它复活时，它会引发爆炸，并将超新星的外层驱逐出去。如果它没有复活，冲击波就会失效，恒星就会坍塌，形成黑洞。

在M31-2014-DS1中，中微子激波没有恢复。研究人员能够限制这颗恒星喷出的物质数量，而且远远低于超新星喷出的物质数量。“这些限制意味着，大多数恒星物质（5倍太阳质量）坍缩到核心，超过了中子星（NS）的最大质量，形成了黑洞。”这颗恒星大约98%的质量坍塌，形成了一个大约6.5个太阳质量的黑洞。

M31-2014-DS1并不是天文学家发现的唯一一颗失败的超新星或候选失败的超新星。它们很难被发现，因为它们的特点是没有发生的事情，而不是发生的事情。超新星很难被发现，因为它非常明亮，而且突然出现在天空中。古代天文学家记录了其中的几个。

2009年，天文学家发现了唯一一颗被证实失败的超新星。它是NGC 6946中的一颗超巨星，也就是“烟花星系”。它被命名为N6946-BH1，质量约为太阳的25倍。从视野中消失后，只留下微弱的红外线。2009年，它的亮度增加到100万太阳光度，但到2015年，它已经消失在可见光中。

大型双目望远镜的一项调查监测了27个附近的星系，寻找消失的大质量恒星。结果表明，20%到30%的大质量恒星可能会以失败的超新星的形式结束生命。然而，M31-2014-DS1和N6946-BH1是唯一得到证实的观测结果。

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