宇宙中「消失的爆炸恆星」之謎

其中，質量可達太陽18倍以上的最巨大恆星亮度極高，理論上應該在爆炸前就相當容易被觀測到。 然而，大約十年前，天文學家卻意識到，他們實際觀測到的這類龐大、即將自我毀滅的恆星，數量遠低於預期──而原因至今未明。如今，地球上最強大的太空望遠鏡之一，或許終於能解開這個謎團。

紅超巨星之謎目前有兩種可能的解釋。第一種是：「它們根本沒有爆炸，」伊利諾州西北大學的天文學家查理．基爾派翠克（Charlie Kilpatrick）表示。相反地，這些超巨星在生命終點會直接從視野中消失，迅速轉變為黑洞。第二種可能則是，部分紅超巨星在臨終前會噴出大量塵埃風暴。無論是哪一種情況，都可能遮蔽這些恆星，使它們難以被大多數的望遠鏡觀測到。

幸運的是，詹姆斯．韋伯太空望遠鏡（James Webb Space Telescope）的出現，為這個謎題帶來了關鍵突破。這座造價100億美元的太空觀測站以紅外線進行觀測，不僅能捕捉恆星突然消失、轉變為黑洞的跡象，也能穿透厚重的塵埃外殼，窺見被掩蔽的超巨星。目前，韋伯望遠鏡已發現一些證據，可能讓其中一種解釋更具優勢。

被塵埃遮蔽的超巨星

如果這些巨大的紅超巨星被自身產生的塵埃層層包裹，確實可能讓其中一部分從觀測中「消失」。望遠鏡或許仍能偵測到其他看似較小的超巨星，但塵埃會削弱它們的光芒，使天文學家低估其亮度與質量，將它們誤判為較小的恆星。

然而，要找到支持這個想法的明確證據，一直相當困難。不過在2025年，天文學家迎來了一次難得的機會。那年夏天，在波江座（Eridanus）方向約4000萬光年遠處，有顆恆星發生了爆炸。名為「全天自動超新星巡天」（All-Sky Automated Survey for Supernovae，簡稱 ASAS-SN）的全球望遠鏡網路，隨即在NGC 1637星系中捕捉到這次爆發。

由哈伯太空望遠鏡第三代廣域照相機（WFC3）與韋伯太空望遠鏡近紅外相機（NIRCam）共同拍攝NGC 1637影像，結合可見光與近紅外波段，並將不可見的紅外光轉換為可見色彩呈現。NASA, ESA, CSA, STScI, Charles Kilpatrick (Northwestern), Aswin Suresh (Northwestern); Image Processing: Joseph DePasquale (STScI)

一顆紅超巨星在爆炸前後的對照影像。爆炸前，只有韋伯能拍攝到這顆恆星，哈伯則觀測不到。到了2025年7月，哈伯太空望遠鏡則捕捉到它爆炸後的光跡。NASA, ESA, CSA, STScI, Charles Kilpatrick (Northwestern), Aswin Suresh (Northwestern); Image Processing: Joseph DePasquale (STScI) (Left) and NASA, ESA, CSA, STScI, Charles Kilpatrick (Northwestern), Aswin Suresh (Northwestern); Image Processing: Joseph DePasquale (STScI) (Right)

這次編號為2025pht的超新星，隨即在尋找紅超巨星的天文學圈內引發關注。天文學家開始思考，是否能透過該星系的歷史影像，追溯到這顆爆炸前的恆星。然而，以可見光觀測的哈伯太空望遠鏡（Hubble Space Telescope）在檢視相關資料後，並未發現任何線索。「只要有塵埃存在，光就幾乎無法逃逸，」阿斯溫．蘇雷什（Aswin Suresh）表示，他是近期分析2025pht研究論文的其中一位作者。

然而，韋伯太空望遠鏡在此發揮了關鍵作用 。「我們成功找到了那顆爆炸的恆星，」研究團隊成員之一基爾派翠克表示。結果顯示，那是一顆被極厚塵埃包裹的紅超巨星。這個發現進一步支持了相關理論──他指出，大量「消失的」紅超巨星，其實可能只是被塵埃遮蔽，因而難以被觀測到。

失敗的超新星

不過，仍有另一種可能性：某些紅超巨星其實並非以爆炸終結生命，而是悄然「熄滅」。英國利物浦約翰摩爾斯大學的天文學家艾瑪．比索爾（Emma Beasor）如此表示。

當一顆垂死的恆星無法以劇烈爆炸拋出外層物質時，哥倫比亞大學的天文學家基沙萊．德（Kishalay De）指出：「重力會瞬間勝出，將所有物質重新拉回核心，最終形成黑洞。」如果這些所謂的「失敗超新星」確實存在，望遠鏡很難直接觀測它們，而原本的紅超巨星，也可能在沒有超新星爆炸的情況下直接內爆消失。

德表示，「失敗超新星」的概念近年來逐漸受到關注，但目前為止，科學家僅止於發現疑似的候選案例，尚未有確切證據。

「我們其實還不太確定它們應該長什麼樣子，也不知道該期待什麼觀測特徵，」比索爾說。有些研究者認為，垂死的超巨星可能會直接消失並形成黑洞；也有人推測，它們在消失前可能會短暫出現微弱的光芒，隨後迅速熄滅。「目前的理論仍相當不穩定。」

今年2月，德與其團隊發表研究，提出一個新的「失敗超新星」候選案例。該事件來自已退役的「近地天體廣域紅外線巡天探測器」（NEOWISE）的檔案資料。研究人員在鄰近的仙女座星系（Andromeda Galaxy ）中發現，有個光源在2010年代中期曾短暫增亮，隨後迅速變暗。

「它從一顆極為明亮的恆星，變成幾乎什麼都不存在，」德如此表示：「就像是直接消失在黑暗之中。」研究團隊推測，這可能是一顆最終坍縮成黑洞的超巨星。在這個案例中，它很可能是一顆黃色超巨星──與紅超巨星性質相近，但溫度略高（紅超巨星在晚年有時會轉為黃色）。

如果這項解釋成立，那麼紅超巨星確實可能在不發生超新星爆炸的情況下直接「消失」，悄然轉化為黑洞。

星體消失的方式不只一種

比索爾與其同事也針對仙女座星系中的同一場爆發進行分析。在一份已上傳至 arXiv.org 的預印本研究中，他們指出，根據韋伯太空望遠鏡的數據，這起事件或許並非「失敗超新星」。

影像顯示，在那顆「已消失」恆星的位置，仍可能存在微弱的殘餘輻射──這與一個已形成黑洞的「無底深淵」並不相符。研究團隊推測，更可能的情況是：最初的光變事件來自兩顆恆星的合併，過程中產生混亂與大量碎屑，但並未形成黑洞。其後，大量塵埃可能進一步削弱了來自該區域的光線。換句話說，這也可能是一顆被塵埃遮蔽的恆星，或是恆星合併事件，因而被誤判為消失。

此外，當恆星坍縮形成黑洞時，周圍被拋出的物質理應會落入黑洞並產生大量 X 射線。然而，太空中的錢卓X射線天文台（Chandra X-ray Observatory ）並未偵測到任何明顯訊號。「完全沒有觀測到任何東西，這點對我來說確實有點奇怪，」比索爾表示。

德則解釋，氣體在剛形成黑洞時需要時間才會開始大量落入，因此在初期不一定會出現明顯的 X 射線輻射；同時，這些氣體本身也可能遮蔽掉任何微弱的早期訊號。

目前，「失敗超新星」的存在仍未獲得定論。即使未來天文學家確認某個候選案例屬實，塵埃遮蔽仍然足以解釋為何部分最巨大的紅超巨星似乎「憑空消失」。德指出：「失敗超新星並不是唯一可能的解釋。」

不過，韋伯太空望遠鏡已經比以往任何時候都更接近解開這個謎題。蘇雷什與基爾派翠克已將觀測焦點轉向其他疑似即將以超新星作為終點的紅超巨星。他們表示：「觀察這些恆星未來是否真的爆炸或是徹底消失，將會非常有趣。」

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