较重的恒星可能并不会发生超新星爆发,而是直接变成黑洞

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,但一项新的研究表明情况并非如此。在大型垂死恒星的模型中,核心坍缩形成超新星发生在9到10倍太阳质量以上的恒星,最高可达40到50倍太阳质量。超过这个质量上限的恒星,可能会直接坍缩成一个黑洞,而不会变成超新星。

在太阳质量150倍以上的超大质量恒星,可能会以极超新星(Hypernova)的形式爆炸。这些巨兽并不是因为核心塌缩而爆炸,而是一种被称为不稳定对的效应,即核心中产生的碰撞光子会产生电子和正电子对。这项新研究表明,核心塌缩成超新星的质量上限可能比我们想像的要低得多。

该研究小组观察了一对被称为Arp 299的碰撞星系的元素丰度,由于星系之间正处于碰撞阶段,以致于该区域变成超新星的温床。因此,Arp 299的元素丰度应该在很大程度上取决于超新星爆炸中释放的元素。他们测量了铁与氧的丰度比,以及氖、镁分别与氧的比值。

较重的恒星可能并不会发生超新星爆发,而是直接变成黑洞

他们发现,Ne/O和Mg/O比值与太阳相似,而Fe/O比值远低于太阳之比值。研究小组观察到的比率并不符合标准的核心坍塌模型,但他们发现,如果排除任何超过23到27倍太阳质量的超新星,这些数据与超新星模型吻合得很好。也就是说,如果恒星在大约27倍太阳质量以上时坍缩成黑洞,那么模型和观测结果就一致了。

这项研究结果并不能证明超新星的质量上限比我们想像的要小。也有可能超新星产生的氖和镁含量比模型预测的要高。不管怎样,对于大质量恒星最后的垂死挣扎,我们仍有很多东西需要了解。

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