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(2025-07-05 08:32:47)
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非常大质量恒星在坍塌成黑洞之前吐出广大量物质
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一颗非常大质量恒星甩进太空广大量物质的描画。(Image credit: Robert Lea (created with Canva))
坍塌来创造黑洞的非常大质量恒星在它们短暂的生命期间比我们以前想的可能吐出远更多的物质。
为适合这些有超过太阳100倍质量的恒星的天文观测，一组科学家已经估计非常大质量恒星有比过去已经被估计的远更强大的恒星风。这些风应该足够强大到把这些巨大恒星的外层吹进太空。
该团队的建模揭示了恒星双星如何导致恒星之间的合并锻造单个非常大质量的恒星。他们还探索了更强的恒星风如何影响黑洞种群，从难以捉摸的中等质量黑洞的形成指开。
团队成员、意大利高级研究所（SISSA）的研究员肯德尔·谢泼德告诉太空网站， “非常大质量的恒星就像宇宙的‘摇滚星’ 一样——它们是强大的，活得快，死得年轻，对这些非常大质量的恒星，它们的恒星风更像一个飓风，而不是一个微风。”
虽然我们的平均大小的太阳被预计寿命约为100亿年，但质量非常大的恒星更快燃烧过它们的核燃料，只活几百万年或甚至几十万年。
谢泼德说，研究这些庞然大物是重要的，因为尽管它们的短寿命但它们对它们的环境有一个深的影响。
她说，“非常大质量恒星的强风和它们最终的超新星爆炸甩新形成的元素进入环境。其中许多元素形成新恒星的基础，而其他元素如碳和氧是生命的构建块”。
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在这项新研究中，谢泼德和她的同事分析了非常大质量恒星的理论和观测研究。
谢泼德说，“如此大质量的恒星是非常罕见并且观测约束存在如此少。在太空和地面望远镜的帮助下，研究人员最近终于能够来首次直接观测在大麦哲伦星云蜘蛛星云中的几颗质量超过我们太阳的100倍的恒星” 。
这些先前的研究发现在蜘蛛星云中质量最大的恒星是一种罕见的热和明亮的在它们的氢燃烧阶段结束大部分被剥离的沃尔夫拉耶（Wolf-Rayet）恒星，这意味着它们显示在它们表面上剩余的氢。
谢泼德说：“这些恒星被发现是非常热，约为72540至90000华氏度（40000至50000摄氏度）。这有点太热了！标准模型预测随着恒星变老它们应该膨胀和冷却下来，与新的观测结果相反。研究人员将这两部分放在一起并使用观察到的属性来校准一个质量损失 ‘配方’以将理论和观察结合起来” 。
狼蛛星云位于剑鱼星座南部，距离地球160000光年。它是大质量热恒星的家园。
该团队将这个配方工作成他们的叫PAdova和tRieste恒星演化代码（PARSEC）的恒星演化代码来创建一个新的解释狼蛛星云的大质量恒星的模型。
谢泼德解释说：“我们的新模型特征更强的恒星风，现在能够与观测和理论相匹配。强风剥离恒星的外层，防止它冷却下来，同时维持一个匹配的沃尔夫拉耶恒星表面成分。这颗恒星更紧凑和更热的时间更长呆着，准确的再现观测显示的” 。
艺术家的显示年轻恒星的相对大小，从最小的红矮星重量约为0.1个太阳质量到低质量的黄矮星如太阳到重量是太阳八倍的大质量蓝矮星，以及300太阳质量的名为R136a1的恒星的印象。(Image credit: European Southern Observatory)
该团队的研究提示有两条可能已经导致恒星的诞生的不同路线，比如从来见过的最大质量恒星R136a1。这颗恒星也被发现于蜘蛛星云中，有高达太阳的230倍的质量，比我们的太阳发射更多数百万倍的能量。与46亿岁的太阳相比，它年龄也只有150万岁。
该团队的模型提示R136a1可能已经被作为一颗巨大的恒星诞生，也可能由于一个急剧的恒星合并已经形成。
谢泼德说：“我很惊讶我们的结果为已知质量最大的恒星R136a1的起源给出两种不同的可能解释。我非常着迷的是一个双星合并——两颗恒星合并变成一颗质量更大的恒星——可以提供一个合理的起源。甚至更有趣的是从单恒星和双星合并场景来复制R136a1所需的初始质量中的差异” 。
研究人员补充说，为使一颗恒星的起源来匹配R136a1的特征，这颗恒星会需要一个超过100个太阳质量的初始质量，这比双星合并起源需要的质量更大，无论用何种风配方。
谢泼德说：“这可能提示对我们认为在本地宇宙中一颗恒星质量能是多大的上限的一个修正”。
为黑洞风吹向哪个方向？
强烈的恒星风及它们造成的快速质量损失也对当大质量恒星在生命末期在自身引力作用下坍塌时创造的黑洞质量有强烈的影响。
谢泼德说：“因为强风剥掉恒星如此多的质量，在它们生命的最后它们形成更小的黑洞。这项研究能揭示很多关于预测黑洞质量的线索。使用标准和更弱质量损失配方的恒星模型能产生中等质量黑洞” 。
这些黑洞是大约是太阳质量的100到10000倍，对天文学家来发现它们已经证明困难的。
谢泼德说：“通过让恒星经由强风失去更多质量，仿真产生更少的这些不确定天体，使我们的模型更与自然界中发现的对齐！”
艺术家的两个黑洞在距离地球14亿光年的地方相互环绕并碰撞的描绘。这次合并在空时中创造了被称为引力波的涟漪。LIGO在2015年12月探测到了这些波。
该团队还提出与目前的想法相反，如果系统要发展成有质量都大于太阳30倍左右的黑洞双需要更强的恒星风。
谢泼德说：“甚至更令人兴奋的是，当我们在我们的仿真中观察合并的黑洞双时我们的新模型有更强来产生两个黑洞都是大质量的系统。这是令人兴奋的，因为这是一个用引力波探测器已经观测到的群体，但这个以前用标准风的模型挣扎来产生” 。
这些双中的两个黑洞在空间中发射叫引力波的微小涟漪，随它们一起螺旋并在最终合并。但强的恒星风可能对允许这种情况来发展是关键。
谢泼德解释说：“用更弱的标准风，这两颗恒星膨胀并更有可能在变成黑洞之前合并。相比之下，更强的风能将两颗恒星推开，允许它们作为一对黑洞存活然后能螺旋进入并合并” 。
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这项新研究被集中在大麦哲伦星云中的一个特定环境上，它有自己独特的化学成分。因此，谢泼德说，该团队的下一步将是尝试解释一些观察到的奇特恒星。
谢泼德总结道：“这些结果还不是普遍的，因此下一步自然是将这项研究扩展到一系列不同的初始成分来建模跨宇宙的不同环境。来看到预测的黑洞种群随这些不同的初始组成多大变化将是非常令人兴奋的” 。
该团队的研究已作为预印本发布在研究库中
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