成為黑洞的質量門檻是?

49太歲

　　所謂磁星,是一種磁場超強的中子星,如果以地球磁場來做比較的話,磁星它的磁場強度可以是地球的數億倍或更強.歐洲的天文學家最近透過歐南天文台的VLT (超大望遠鏡：“Very Large Telescope”的縮寫)找到一顆磁星,並且這顆磁星,是由一顆恆星演化形成的,質量至少有太陽的40倍, 而按照目前的主流學說,這樣大的質量,理應會成為黑洞,因此天文學家們對恆星演化提出了一個很基本的質疑:究竟恆星需要有多大的質量,才夠資格成為黑洞?

　　於是他們將目標鎖定在距離地球16,000光年的Westerlund星團,從先前研究得知,這個星團是所謂超級星團中,距離我們最近的一個,這個星團非比尋常的特徵是:它擁有數百顆質量極大的恆星,其中有些恆星放射出比太陽還亮將近一百萬倍的光,還有些恆星的直徑達太陽兩千倍,這個直徑,就和土星環繞太陽運轉的軌道一樣大。假設有一天太陽被放置在這樣一個星團的正中央的話,那麼,每個夜晚,地球上都將會看到有幾百顆像滿月一樣大的恆星高掛夜空中。

　　Westerlund 1 是個很妙的星際大觀園,裡頭住著各式各樣很有不同特色的恆星,但這星團裡的所有星星也都共有一處異曲同工:它們年紀都差不多,大約350萬年到500萬年左右,這是因為,整個星團都在同一次恆星形成事件中,一起成形。因為Westerlund 1星團裡所有恆星的年紀都相仿,那些爆炸並留下磁星為殘餘物的恆星,必定比現存的這些恆星更短命,而因為所有恆星的生命週期都直接和它的質量成反比相關-質量越重的,愈短命-所以,倘若我們能量測到,目前仍存活的其中一顆恆星的質量,我們也就能知道那顆英年早逝成為了磁星的短命恆星,它具有的質量應該是,更大。這是極有意義的重大發現,因為目前為止,關於這些磁場極端強烈的天體如何形成,仍停留在「有說法,但無定論」的階段,還沒有任何理論廣為各家接受。並且,在雙星系統中,只要知道恆星的運動速度,就能得知他們的質量. 這次,藉由該星系的W13雙星系統的互食現象,天文學家發現,他們似乎找到一個能一窺堂奧的門縫。

　　藉由一些比較的結果發現,這顆後來變為磁星的恆星,質量大約是太陽的40倍,首度證實了:質量如此大的磁星,事實上可以由恆星演化而成,但是,按先前的理論來說,恆星質量超過10~25太陽質量就必然會形成中子星,而質量再上一層,達到25倍以上太陽質量的話,它應該要成為黑洞才對!

　　該研究中提及,這個案例之所以沒有走上黑洞一途,過程應該是,在爆炸成為超新星之前, 它已經把自身9/10的質量丟掉了,但如此大規模的在新星爆炸前失喪質量,對現有的恆星演化生成理論仍是一個不小的挑戰:如果質量已經達到太陽質量40倍都還不足以由於自身的重力塌縮而形成黑洞的話,那到底成為黑洞的質量門檻是多高呢?這真是個尖銳問題,有待探索。

　　在所有可解釋此現象的理論中,天文學家較偏好其中的是其中一種「伴星」理論,也就是:這顆磁星在形成過程時,或許有一顆伴星存在;兩顆星一起成長,互動,並且從原始星中噴發出來,這在軌道動能上消耗掉它們許多能量。目前的磁星附近雖看不見這樣的伴星,有可能是因為,形成了磁星的超新星,已將雙星系統打破分離,以非常高的動能,將兩顆星雙雙自星系團中噴發而出。

　　若果真如此,那也就意味著：雙星系統,在這顆恆星演化過程中扮演著大量質量丟失的關鍵角色,稱之為「宇宙版魔鬼瘦身計畫」之王也不為過：將近95%的質量都在此過程中被甩掉了。