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恒星进化的终点之一是黑洞。一般认为，质量约为太阳8至30倍的恒星，在恒星寿命终结时会发生超新星爆发，留下中子星或黑洞。另一方面，质量超过太阳30倍的更大质量恒星情况不同。由于恒星自身引力极强，无法发生炸飞外层的爆发，而是直接坍缩成黑洞，这种被称为“直接坍缩”的场景一直被视为有力假说。若该假说正确，黑洞诞生瞬间几乎不会释放包含可见光在内的电磁波，无法用光学望远镜观测。
然而，京都大学前田启一教授领衔的国际研究团队报告了一项关于大质量恒星的研究成果，该恒星表现出与通说不同的行为。从某超新星的观测结果可知，即使是会形成黑洞的大质量恒星，在特定条件下也能发生超新星爆发。这暗示，此前被认为“黑暗”的黑洞诞生瞬间，实际上有时也能用可见光观测到。
研究团队对2022年3月探测到的超新星“SN 2022esa”进行了详细追踪观测。使用京都大学冈山天文台的“晴明望远镜”和国立天文台夏威夷观测所的“昴望远镜”进行分光观测（获取电磁波各波长强度分布即光谱的观测方法），研究团队得出结论：该超新星属于“Ic-CSM型”特殊类型。通常的“Ic型”超新星是失去氢和氦外层、仅残留碳氧核心的大质量恒星发生的现象。而“Ic-CSM型”是在变暗过程中表现出特征亮度变化的Ic型超新星（CSM为circumstellar medium=星周物质的缩写）。
SN 2022esa比普通Ic型超新星更亮，且持续发光时间更长。深入分析后，研究团队在其光度曲线（随时间变化的亮度图）中发现了此前仅确认数例的罕见特征：超新星亮度整体随时间减光过程中，约每30天出现一次亮度增减的规则变化。超新星爆发是单次现象，通常应单调变暗，但SN 2022esa却表现出周期性亮度变化。
为解释SN 2022esa的特征行为，提出的假说为爆发的恒星并非单星。研究团队结论：SN 2022esa对应的超新星爆发源是“沃尔夫-拉叶星”。沃尔夫-拉叶星是大质量恒星进化后的天体，因恒星风大量释放外层氢，碳氧核心裸露。SN 2022esa的情况：爆发的沃尔夫-拉叶星与另一天体（可能是沃尔夫-拉叶星或黑洞）组成双星，关键在于双星轨道并非正圆，而是细长椭圆。
双星约1年周期相互公转，因轨道细长，周期性接近或远离。最接近时，双星相互作用使即将爆发的沃尔夫-拉叶星释放大量含碳氧的气体，约1年一次的相互作用使双星周围形成同心圆环结构。随后，其中一颗沃尔夫-拉叶星发生超新星爆发，爆发冲击波撞击圆环时，动能转化为电磁波产生临时增光。由于圆环同心分布，冲击波从内到外依次到达，增光周期性重复。
SN 2022esa观测到的“约30天亮度增减”即源于此：冲击波速度约为气体膨胀速度的10倍，约每30天追上一次约1年形成的圆环。本次研究有两大要点：第一，SN 2022esa这类Ic-CSM型超新星部分可能伴随黑洞...
第二，SN 2022esa所在双星可能是未来“双星黑洞”的前躯体。该双星在超新星爆发后大概率存活，伴星终结恒星寿命后（甚至可能在SN 2022esa爆发后已形成）将残留双星黑洞。两颗黑洞相互公转时释放重力波，最终必然合并。近年，LIGO和Virgo等重力波望远镜已探测到双星黑洞合并产生的重力波。这类双星的形成进化过程曾是谜团，SN 2022esa有望成为解开谜团的珍贵研究对象。
文／空之崎 编辑／sorae编辑部
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