大型恆星級黑洞究竟如何產生？或為緻密星團黑洞碰撞產物

天文學家普遍認為一定質量以上的大質量恆星歷經超新星爆炸，最終會塌縮成恆星級黑洞，但某些恆星級黑洞質量卻有點太大，令人困惑。近期英國卡地夫大學團隊領導的研究，或許可解釋大型恆星級黑洞的起源。論文 7 日刊登於《Nature Astronomy》期刊。

恆星級黑洞是指質量介於太陽質量幾倍到幾十倍的黑洞。但某些大型恆星級黑洞對天文學家來說，質量似乎太大，不可能是單顆恆星坍縮形成。這是因根據「雙不穩定性質量間隙」理論，質量超過某個特定門檻的大質量恆星會發生劇烈爆炸，最後無法演化成黑洞。但這門檻真的存在嗎？數量多少？天文學家並沒有答案。

為了解答疑問，團隊分析LIGO-Virgo-KAGRA重力波瞬變源目錄第四版（GWTC4）觀測資料，從153次黑洞合併事件觀測結果發現恆星級黑洞大致可分為兩類。首先是質量小於太陽45倍的天體，形成方式與認知一樣，是由恆星生命末期坍縮而成，通常自轉較緩慢。但質量大於太陽45倍的天體，科學家注意到旋轉速度更快，旋轉方向也更多變。

如果「雙不穩定性質量間隙」理論門檻存在，團隊認為這個門檻應該就是45倍太陽質量。不過，45倍太陽質量以上的恆星級黑洞卻確實存在，這又是為何？團隊認為大型恆星級黑洞較快旋轉和不規則性，代表較大型的恆星級黑洞是緻密星團的黑洞碰撞的產物。然而這又是否代表目前恆星演化模型沒錯？或許之後經重力波天文學，科學家可獲得更清楚的答案。

（本文由台北天文館授權轉載；首圖為距離地球約28,000光年的球狀星團M80，來源：NASA / ESA / STScI / A. Sarajedini (University of Florida)）