科學(xué)家建模研究了在垂死恒星坍縮后，黑洞和中子星如何形成，并解釋為什么有的黑洞會(huì)被“踢到”星際空間。

一幅描繪最初黑洞形成時(shí)期的插圖。（圖源：宇航局/加州理工學(xué)院噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室）

天文學(xué)家已經(jīng)研究清楚恒星末期如何把孕育中的黑洞踢出“子宮”，這個(gè)過程并不美妙。

最新研究發(fā)現(xiàn)，這些稀少的黑洞，在父系垂死恒星災(zāi)難性爆炸的時(shí)候，得到巨大的推力，這些新生的引力吞噬者以難以置信的速度發(fā)射出去。

這些發(fā)現(xiàn)為揭示黑洞生命誕生的神秘時(shí)刻帶來曙光。

黑洞與超新星在巨大的垂死恒星核心誕生。當(dāng)恒星末期自身質(zhì)量達(dá)到太陽質(zhì)量的八倍以上，恒星就會(huì)融化內(nèi)部核心的鐵。巨大的壓力將鐵核心轉(zhuǎn)化為原生質(zhì)中子星，大概一個(gè)城市大小的中子堆。中子堆暫時(shí)停止剩余星星部分的引力坍縮。反過來，這種停滯通常會(huì)觸發(fā)超新星爆炸。但是有時(shí)候，爆炸核心位置的壓力劇增，會(huì)把原生質(zhì)中子星擠壓成黑洞。

接下來會(huì)發(fā)生什么？誰也說不準(zhǔn)。之前的超新星爆發(fā)電腦模型只能模擬這個(gè)過程不到一秒——?jiǎng)偤媚懿蹲降奖ū旧怼?duì)真實(shí)黑洞和中子星的觀察顯示出各異的物理特性。一些中子星以超過340萬英里每小時(shí)速度移動(dòng)（540萬千米每時(shí)），表明這些中子星在爆炸過程中被“踢”得很重，而另一些中子星移動(dòng)速度要慢30倍，表明這些中子星的誕生過程更加平和。

另一方面，盡管黑洞誕生的狀況更加劇烈，但黑洞總有著更低的被踢速度。

一個(gè)天文學(xué)家小組通過運(yùn)行20次超新星爆發(fā)的模擬運(yùn)算，詳細(xì)說明了黑洞與與中子星奇異的新生時(shí)期。這次模擬時(shí)長(zhǎng)足夠，揭示了每個(gè)黑洞或者中子星是如何被父系恒星“踢出去”的。這項(xiàng)研究發(fā)表在11月20日的預(yù)印本網(wǎng)站數(shù)據(jù)庫中，已經(jīng)提交給天文物理學(xué)期刊進(jìn)行同行評(píng)議。

天文學(xué)家揭示了大爆炸之前父系恒星（稱為前身星）的特征與產(chǎn)生中子星或者黑洞之間的緊密聯(lián)系。當(dāng)父系恒星質(zhì)量不夠大，密度不夠緊湊時(shí)——也就是說外層相比內(nèi)核來說更膨脹——超新星爆發(fā)非常迅速，接近完美的球型，產(chǎn)生移動(dòng)速度較慢的中子星。

如果前身星質(zhì)量非常大，密度非常大，超新星爆發(fā)需要花更長(zhǎng)的時(shí)間，爆炸的時(shí)候不會(huì)太對(duì)稱發(fā)生。在混亂中產(chǎn)生了移動(dòng)速度很快像被踢了一腳的中子星。天文學(xué)家還發(fā)現(xiàn)中子星越大，被踢得越厲害，也就是說致密前身星的核心質(zhì)量更多作用到了中子星上。

前身星也會(huì)導(dǎo)致中子星旋轉(zhuǎn)，研究者發(fā)現(xiàn)推力越大旋轉(zhuǎn)幅度越大。所以如果前身星不對(duì)稱式爆發(fā)，不規(guī)則的爆炸不僅會(huì)把中子星推出去，還會(huì)使中子星旋轉(zhuǎn)。這可以解釋磁陀星的起源，磁陀星是一種高速旋轉(zhuǎn)，磁場(chǎng)很強(qiáng)的中子星。兩種形成機(jī)制解釋了黑洞被推出來的原理：一種情況下前身星沒有充分爆炸，但是核心的壓力增加到一點(diǎn)上，黑洞形成。這些黑洞特別大，——平均幾乎是太陽質(zhì)量的10倍——幾乎沒有被推動(dòng)的。大多數(shù)黑洞都可以歸為這個(gè)類別。

但是黑洞也可以通過第二種方式形成。研究者發(fā)現(xiàn)，在一些情況下，前身星充分爆發(fā)，失去了大多數(shù)質(zhì)量，只留下一個(gè)大約三個(gè)太陽質(zhì)量大小的小一些的黑洞。有趣的是，這些黑洞獲得了相當(dāng)大的推動(dòng)速度，遠(yuǎn)高于220萬英里每時(shí)（360萬千米每時(shí)）。這些快速移動(dòng)的黑洞非常稀少。

這項(xiàng)研究在我們能觀測(cè)到的（宇宙中運(yùn)動(dòng)的中子星和黑洞）與我們看不到的（即前身星爆發(fā)的過程本身）之間建立了重要的聯(lián)系。通過研究中子星和黑洞的特征，天文學(xué)家得以深入描繪恒星生命周期的完整圖景。

BY:Paul Sutter

FY: 小白

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