較重的恆星可能不會像超新星那樣爆炸只會悄悄地內爆成黑洞

一般認為，所有質量超過太陽十倍的恆星最終都會變成超新星，但一項新的研究發現情況並非如此。

在大型垂死恆星的模型中，核心塌陷形成超新星發生在九到十倍太陽質量以上的恆星，最高可達四十到五十倍太陽質量。超過這個質量上限的恆星，可能會直接塌陷成一個黑洞，而不會變成超新星。在太陽質量一百五十倍以上的超大質量恆星，可能會以極超新星（Hypernova）的形式爆炸。這些「巨獸」並不是因為核心塌縮而爆炸，而是一種稱為不穩定對（pair instability）的效應，即核心中產生的碰撞光子會產生電子和正電子對。

這項新研究顯示，核心塌縮成超新星的質量上限可能比我們想像的要低得多。該研究小組觀察了一對稱為Arp 299的碰撞星系的元素豐度，由於星系之間正處於碰撞階段，以致於該區域變成超新星的溫床。因此，Arp 299的元素豐度應該在很大程度上取決於超新星爆炸中釋放的元素。他們測量了鐵與氧的豐度比，以及氖、鎂分別與氧的比值。他們發現，Ne/O和Mg/O比值與太陽相似，而Fe/O比值遠低於太陽之比值。

研究小組觀察到的比率並不符合標準的核心坍塌模型，但他們發現，如果排除任何超過二十三到二十七倍太陽質量的超新星，這些數據與超新星模型吻合得很好。亦即，如果恆星在大約二十七倍太陽質量以上時坍縮成黑洞，那麼模型和觀測結果就一致了。

這項研究結果並不能證明超新星的質量上限比我們想像的要小。也有可能超新星產生的氖和鎂含量比模型預測的要高。不管怎樣，對於大恆星最後的垂死掙扎，我們仍有很多東西需要了解。

【圖：美國太空總署；文：節錄自台北市立天文科學教育館網頁】研究全文刊登在2021年7月30日出版的《天體物理學快報》 標題是：Elemental Abundances of the Hot Atmosphere of Luminous Infrared Galaxy Arp 299