宇宙中会有一些恒星，一声不响静悄悄的，就完全塌缩成黑洞吗？

来自包括莫纳什大学引力波发现(OzGrav)ARC卓越中心一组科学家和首席研究员伊利亚·曼德尔，研究了旋转的大质量恒星在生命结束时会发生什么。恒星通过在其核心将较轻元素熔合成较重的元素来产生能量：氢熔合成氦，然后氦熔合成碳、氧，以此类推，直至铁。这种核聚变产生的能量还在恒星内部提供压力支持，以平衡引力，使恒星保持平衡。

但这个过程止于铁，除了铁之外，维持核聚变需要能量，而不是通过核聚变来释放能量。重的铁星核在重力作用下收缩，形成中子星，如果足够重，就会形成黑洞。与此同时，恒星外层在一道耀眼的闪光中爆炸，可以观察到这是一颗超新星。然而，一些大质量恒星似乎在没有任何爆炸的情况下完全消失了。理论认为这些大质量恒星完全塌缩成黑洞，但这可能吗？

由加州大学圣克鲁斯分校博士生Ariadna Murguia-Berthier领导的一个小组：涉及OzGrav首席调查员伊利亚·曼德尔(Ilya Mandel)，着手回答这个问题，他们特别感兴趣的是了解一颗旋转恒星是否会静静地坍缩成黑洞。其研究成果发表在《天体物理学》期刊上，研究描述了一组研究旋转气体云坍塌成黑洞的模拟。研究发现，如果气体在开始时旋转得太快，它就不能有效地坍塌。

相反，气体会在黑洞赤道周围以甜甜圈的形状失速。研究小组假设，落下的气体撞击到这个旋转气体甜甜圈中所产生的热量将解开恒星外层，并产生类似超新星的爆炸。还发现有一小部分恒星的旋转速度足够慢（低于气体失速发生的门槛），实际上，它们可能会静静地坍塌成黑洞。将广义相对论、复杂的计算技术、恒星模型和最新观测成果结合起来，探索大质量恒星中黑洞的形成，这是非常令人兴奋的。

通常认为，角动量含量较低的大质量恒星坍塌会导致黑洞形成，而没有伴随的明亮瞬变。新研究通过一般相对论流体力学模拟，了解新形成的黑洞内和周围流动，包括吸积和旋转，旨在研究在什么条件下，流入的物质可以在不形成离心支撑的结构的情况下生长，从而不会产生有效的反馈。另一方面，如果来自黑洞的反馈是重要的，崩塌就会停止，研究认为这一事件之后可能会有一个明亮的瞬变。

研究发现，只有当流入物质在最内侧稳定圆轨道的比角动量超过该半径处测地圆流的比角动量至少≈20%时，反馈才有效。利用模拟结果来限制正在消失的大质量前身PHL293B-LBV和N6946-BH1最大恒星自转速度，并提供一个大质量恒星总体消失速度的估计。研究发现，大约有几%的单颗O型恒星自转速度在崩塌前预计会低于临界值，因此预计会消失得无影无踪。

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博科园｜研究/来自：ARC卓越重力波发现中心

研究发表期刊《arXiv》《天体物理学》

Cite: arXiv:2005.10212

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