天文學家對壯觀的結局並不陌生。當一顆巨星死亡時，通常會以壯觀的超新星爆炸，短暫地比整個星系還要明亮。然而，在鄰近的仙女座星系中，一顆巨星似乎走了一條截然不同的道路。它沒有爆炸，而是靜靜地消失，並最終崩潰成一個黑洞。這一罕見而驚人的現象可能是迄今為止最清晰的證據，顯示某些恆星可以完全跳過超新星階段。這顆恆星的戲劇性且持續的暗淡非常不尋常，這表明超新星並未發生，導致恆星的核心直接崩潰成為黑洞。哥倫比亞大學的首席研究員兼天文學教授 Kishalay De 表示，如果得到確認，這可能會改變科學家們計算恆星死亡的方式及理解黑洞的形成。
故事始於 2014 年，當時 NASA 的 NEOWISE 任務空間望遠鏡記錄到一些異常情況。仙女座的一顆巨大恆星在紅外光中開始變得更加明亮。紅外光對我們的眼睛是不可見的，但可以揭示溫暖的塵埃和氣體。在約三年的時間裡，這顆恆星的紅外輻射穩步增加。然後，它在可見光中驟然暗淡，截至 2023 年，亮度下降了大約 1 萬倍，幾乎消失，留下了一層塵埃殼。在那個時候，沒有人意識到發生了什麼。這些數據在公共檔案中靜靜地存在了多年。隨後，當前研究的作者決定系統性地搜索存檔的紅外數據，以尋找直接崩潰的跡象。他們進行了有史以來最大的可變紅外源研究，追踪了銀河系和附近星系中恆星亮度的變化。
他們的研究是根據 1970 年代的一個預測進行的：如果一顆恆星直接崩潰成黑洞，則在它脫落外層並被塵埃包裹的過程中，應會短暫地在紅外光中閃耀，然後隨之暗淡。他們發現的結果令他們震驚。De 表示：「這可能是我一生中最驚人的發現。這顆恆星消失的證據在公共檔案數據中存在多年，卻沒有人注意到，直到我們發現它。」
他們確定了一顆完美的候選恆星，名為 M31-2014-DS1。這顆恆星是一顆氫耗竭的超巨星，距離地球約 250 萬光年，位於仙女座。當它首次形成時，其質量約為太陽的 13 倍。在其生命過程中，強大的恆星風剝離了它的大部分物質。到它死亡時，僅剩約為太陽質量的 5 倍。根據研究人員的說法，這顆恆星的漫長而穩定的暗淡非常不尋常，並不符合正常超新星的模式。其內核似乎完全向內崩潰，直接形成了黑洞，而外層則以更溫和的方式漂移，形成了在紅外光中可見的塵埃殼。
剩餘的微弱紅外光目前認為來自於圍繞新形成黑洞的物質所加熱的塵埃和氣體。大約在 2010 年，NGC 6946 星系中存在一個可能的早期案例。然而，該物體距離地球約 10 倍遠，亮度則暗淡 100 倍，且可用數據並不詳細，因此其真正的性質仍然不確定。相比之下，M31-2014-DS1 提供了更清晰和高質量的證據。
黑洞的存在早在 50 多年前就已被預測。如今，天文學家已經知道我們的星系中有數十個黑洞，並且通過來自遙遠宇宙碰撞的引力波檢測到數百個更多的黑洞。然而，對於哪些恆星會成為黑洞及其條件，仍然沒有明確的共識。與 M31-2014-DS1 質量相似的恆星長期以來被認為總是會爆炸為超新星。這一案例表明，這類恆星有時可能無法爆炸，這取決於重力、氣體壓力和衝擊波在恆星生命的混亂最後時刻的互動。如果直接崩潰的情況比之前想像的更為普遍，這可能會改變對宇宙中超新星發生次數的估算，進而影響元素在星系中的分布模型，因為超新星是鐵等重元素的重要來源。
此外，這還影響了對黑洞存在數量及其合併頻率的預測。儘管如此，科學家們仍需更多觀測來確定這一過程究竟有多普遍。研究團隊計劃繼續挖掘存檔數據，並利用未來的紅外調查尋找更多消失的恆星。該研究發表於《科學》期刊。
