宇宙神秘藍(lán)色閃光成因新解：黑洞撞擊熾熱恒星

IT之家 5 月 10 日消息，在宇宙深處，存在一種神秘且能量極強(qiáng)的藍(lán)色明亮宇宙爆炸現(xiàn)象，被稱作“高亮度快速藍(lán)色光學(xué)瞬變”（LFBOT）。一項(xiàng)新研究或許終于能揭開這類奇異爆炸的起源之謎。

人類首次觀測到此類爆炸是在 2018 年，此后僅探測到 14 例，這也成為天文學(xué)界一大未解之謎。如今，這項(xiàng)新研究的科研團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，該現(xiàn)象的成因是黑洞、中子星這類致密恒星殘骸，撞擊宇宙中溫度最高的大質(zhì)量恒星 —— 沃爾夫 - 拉葉星。

長期以來，科學(xué)家一直試圖探明 LFBOT 的起源，甚至提出了大量理論模型來解釋這類天體事件的形成原因。科學(xué)界之所以對其高度關(guān)注，主要是因?yàn)槠溲莼俣冗h(yuǎn)快于其他宇宙瞬變爆炸，短短數(shù)天內(nèi)就會(huì)完成亮度峰值到衰減的全過程。此外，它的顏色特征也十分獨(dú)特：演化過程中始終呈現(xiàn)藍(lán)色，這意味著其內(nèi)部溫度一直保持極高水平。

此前學(xué)界提出的 LFBOT 潛在起源假說多種多樣，既包括大質(zhì)量恒星發(fā)生核心坍縮超新星爆發(fā)，也涵蓋極端潮汐瓦解事件 —— 超大質(zhì)量黑洞撕裂并吞噬恒星的天文現(xiàn)象。為徹底厘清真相，該研究團(tuán)隊(duì)分析了這類天體所在的宿主星系及周邊環(huán)境，試圖鎖定其前身天體的真實(shí)身份。分析結(jié)果顯示，LFBOT 所處的宇宙環(huán)境，與部分超新星爆發(fā)模型推演的環(huán)境截然不同，也和潮汐瓦解事件的常規(guī)誕生環(huán)境不相符。

哈佛大學(xué)天體物理中心研究員、該研究團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人安雅?紐金特在接受 Space.com 采訪時(shí)表示：“由于 LFBOT 十分罕見，且其光變曲線特征與其他瞬變天體差異極大，很難確定它的前身天體究竟是什么。這類天體顯然代表著一種獨(dú)特的天體物理現(xiàn)象，但具體成因一直懸而未決。”

紐金特及其團(tuán)隊(duì)聚焦的核心模型為：致密恒星殘骸，與外層氫包層被剝離后的大質(zhì)量恒星遺留氦核（即沃爾夫 - 拉葉星）發(fā)生碰撞。

她解釋道：“我們認(rèn)為這一模型能夠完美契合該瞬變天體的特征以及宿主星系的環(huán)境特點(diǎn)。”

沃爾夫 - 拉葉星為何造就藍(lán)色瞬變現(xiàn)象？

紐金特指出，相較于潮汐瓦解事件、核心坍縮超新星等現(xiàn)有解釋模型，團(tuán)隊(duì)提出的致密天體與沃爾夫 - 拉葉星并合模型，能夠合理詮釋 LFBOT 的所有瞬變特征與環(huán)境特征。

紐金特介紹，這類天體更易誕生在恒星形成活躍、整體質(zhì)量偏小的星系中；而核心坍縮超新星往往出現(xiàn)在恒星分布密集的大質(zhì)量星系里。這類星系極易形成雙星系統(tǒng)：初始為兩顆大質(zhì)量恒星，其中一顆會(huì)剝離另一顆的恒星物質(zhì)，被剝離物質(zhì)的恒星便演化為沃爾夫 - 拉葉星。最終，這顆“供體恒星”會(huì)促使另一顆“吞噬恒星”發(fā)生核心坍縮超新星爆發(fā)，進(jìn)而坍縮成黑洞或中子星。此后，沃爾夫 - 拉葉星與這顆恒星殘骸伴星發(fā)生并合，便會(huì)引發(fā) LFBOT 爆炸。

雙星系統(tǒng)在宇宙中十分普遍，但并非所有雙星系統(tǒng)都能催生該現(xiàn)象。紐金特表示：“許多大質(zhì)量恒星都處于雙星系統(tǒng)中，而能引發(fā)這類并合的系統(tǒng)需要滿足嚴(yán)苛條件：兩顆恒星不會(huì)在演化初期過早合并，同時(shí)彼此距離又足夠近，最終能夠發(fā)生碰撞并合。”

在團(tuán)隊(duì)提出的雙星并合模型中，致密天體與恒星伴星距離適中，既能剝離其外層氫殼層，又不會(huì)將恒星徹底摧毀。歷經(jīng)數(shù)百年至數(shù)千年后，不斷吸積物質(zhì)的黑洞或中子星會(huì)墜入恒星內(nèi)核并將其摧毀，進(jìn)而釋放出耀眼的宇宙輻射。

她補(bǔ)充道：“這種并合現(xiàn)象本身十分稀有，稀有程度與 LFBOT 的觀測頻率相匹配，但又并非罕見到完全不可能發(fā)生。本質(zhì)上，這類星系環(huán)境恰好適合孕育能夠以這種方式并合的雙星系統(tǒng)。”

該團(tuán)隊(duì)還從理論層面解釋了一個(gè)疑點(diǎn)：為何這類天體似乎極少誕生在恒星密集區(qū)域（理論上該區(qū)域更易發(fā)生黑洞、中子星與沃爾夫 - 拉葉星的碰撞）。

紐金特團(tuán)隊(duì)給出的解釋是：雙星系統(tǒng)中第一顆恒星坍縮形成黑洞或中子星時(shí)，會(huì)給整個(gè)雙星系統(tǒng)產(chǎn)生一股反沖推力，將系統(tǒng)推離恒星密集的形成區(qū)，去往星系中恒星分布更為稀疏的區(qū)域。

紐金特說：“這也解釋了為何相較于核心坍縮超新星，LFBOT 往往偏離宿主星系中心，誕生在恒星稀少的區(qū)域，遠(yuǎn)離自身的起源地。”

研究團(tuán)隊(duì)更傾向于恒星殘骸撞擊沃爾夫 - 拉葉星這一起源模型，原因在于潮汐瓦解事件和超新星模型，都難以完整解釋該天體的所有觀測特征。例如，LFBOT 誕生于致密的星周環(huán)境 —— 恒星周圍環(huán)繞著松散的星際物質(zhì)，這大概率是其前身恒星早年拋射物質(zhì)所形成的。

紐金特表示：“潮汐瓦解事件模型乃至部分超新星模型，都很難對此作出合理解釋。此外，這類天體的自身特征和誕生環(huán)境，均與潮汐瓦解事件、超新星存在明顯差異。關(guān)鍵問題在于，倘若它們源于同一類天體活動(dòng)，為何會(huì)產(chǎn)生如此顯著的區(qū)別？”

紐金特認(rèn)為，最合理的解釋是：LFBOT 擁有完全獨(dú)立的形成機(jī)制。在研究團(tuán)隊(duì)看來，中子星或黑洞撞擊沃爾夫 - 拉葉星的假說，完美契合了該天體所有已觀測到的特征。

不過紐金特坦言，想要嚴(yán)謹(jǐn)驗(yàn)證這一起源模型，還需要天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)更多 LFBOT。她認(rèn)為，薇拉?魯賓天文臺(tái)及其剛剛啟動(dòng)、為期十年的時(shí)空遺產(chǎn)巡天項(xiàng)目（LSST），將在這類天體的探測工作中發(fā)揮關(guān)鍵作用。

她總結(jié)道：“魯賓天文臺(tái)將極具價(jià)值，能夠探測到宇宙更遙遠(yuǎn)區(qū)域更暗淡的 LFBOT。這不僅能擴(kuò)充已知天體樣本，還能幫助我們探究這類天體及其前身天體隨宇宙時(shí)間的演化規(guī)律。”

IT之家注意到，該團(tuán)隊(duì)的研究成果預(yù)印本已發(fā)布在學(xué)術(shù)預(yù)印本平臺(tái) arXiv 上，尚未經(jīng)過同行評(píng)審。