在《失败的超新星与惊天引力波》中，我们仔细梳理了失败超新星形成的原理、产物以及它们与引力波的关系。引力波已经在2015年秋被发现，那么，如何寻找失败超新星？它们被发现了吗？

接下来，我们围绕这两个问题展开。

撰文：王善钦（加州大学伯克利分校天文学系）

责编：寒凌旭

审校：郑永春（中国科学院国家天文台研究员）

如何寻找疑似的失败超新星？

但是，你如何判断一个星体成为“失败的超新星”呢？这难度就如要证明一个母亲分娩时孩子胎死腹中。除了妇产科医生之外，没有人会看到这样的惨剧。而一些天文学家就是要当一个这样的医生，见证超新星爆发时胎死腹中的惨剧。

要找到“失败的超新星”，首先要看到大量恒星，当天文学家在星表中登记了几百万颗（甚至更多）这么亮的星体之后，忽然有一天，发现其中的某一个成员离奇地消失了（可能先有一个相对微弱的闪耀），却又没有爆发为超新星，那么它可能就成为一个失败的超新星了。

这个方法的关键是要能够分辨出遥远星系中的一颗颗恒星。这个可能吗？核坍缩型超新星爆炸前都是很明亮的恒星，可以达到太阳亮度的几万倍以上，因此功能强大的望远镜可以在很大的距离范围内分辨出大量这样的星体，比如大双筒望远镜（LBT）与哈勃太空望远镜（HST）都可以直接分辨出距离地球3000万光年内的明亮恒星，欧洲南天天文台的甚大望远镜（VLT）以及其他功能强大的望远镜也可以在类似的距离内从星系里分辨出到一个个的明亮恒星。

大双筒望远镜（theLargeBinocularTelescope，LBT）。

这本质上是根据现在，往前追溯。在海量的高精度照片中寻找那个消失的星星曾经的图像。这方面，天文学家们早在十几年前就有了丰富经验，他们已可以游刃有余地根据超新星爆发后的图景去寻找它过去的身姿。下图为SN2008bk爆发后（右），天文学家从VLT过去拍摄的图像中找到它的“前身”的图像（左），它是一个红超巨星。

SN2008bk的前身星是一个红超巨星。

首次发现了失败的超新星？

尽管理论上有很多星体会成为失败的超新星，但要发现失败的超新星却很难。虽然上面假设我们可以记录下数百万个大质量恒星，但要注意，大质量恒星的寿命是数百万年到数千万年，根据概率分析，平均好几年才有一次看到这数百万个恒星中的一颗消失：因为它们毕竟不可能“同年同月同日生、同年同月同日死”，概率上说，每隔几年死一个的可能性最大。如果你可以记录下多十倍数量的恒星，那么就有可能每年看到好几个恒星死掉。

不过，死掉的恒星有的成为超新星，有的成为失败的超新星，所以看到失败超新星的概率又要打个折扣。此外，观测的精度也对确认失败超新星造成很大的困难。所以，要想证实恒星成为失败超新星，是很困难的。

前些年，俄亥俄州立大学的与合作者利用位于亚利桑那州的大双筒望远镜监测了3000万光年范围内的27个星系，经过前后两次（2008年与2013年）的观测的对比，发现有三个恒星爆炸为超新星，同时发现NGC6946中的一个红超巨星出现了异常。

这个红超巨星于2008年5月被首次观测到，质量在18到25个太阳质量之间。然后，它在2009年3月突然变亮到太阳的百万倍亮度后，又在2012年10月的观测中就离奇地消失了。超新星在最亮时的亮度至少要达到太阳亮度的几千万倍，而绝不止百万倍，所以那次爆发显然不是超新星爆发。这个红超巨星突然消失只有两种可能性：要么就是坍缩为黑洞，成为失败超新星；要么是突然被尘埃阻挡了。

在2014年底公布、2015年7月发表于英国《皇家天文学会会刊》（MNRAS）的论文中指出，这可能就是一个失败的超新星，第一个被发现的失败超新星。

这里，我们就会发现这个相对微弱的闪耀其实帮了大忙，如果它真的悄无声息地消失，天文学家真的不大可能去查找它的过去与未来。

天文学家确认超新星的“前身”恒星的基本程序是：发现近距离超新星→在过去的图像中寻找它的“前身”恒星→在超新星暗淡下去后确认之前的“前身”恒星彻底消失；而天文学家证明“失败超新星”的基本程序是：发现可能来自恒星活动的相对暗弱的闪耀→在过去的图像中寻找它→在闪耀暗淡下去后确认之前的恒星彻底消失。这两种方法有着惊人的相似，唯一的不同是：前者发生了很明亮的闪耀（超新星），后者发生了暗得多的闪耀（不是超新星）。

如何确认失败超新星？

前面先说了“如何寻找疑似的失败超新星”。这一节要更进一步，讨论能够将“疑似”去掉、确认出失败超新星的方法。

上面说过，大质量恒星突然消失有可能是变为失败的超新星，但还有另一种可能性：被尘埃遮挡住。2009年那次爆发会在使星体在突然变亮的同时，喷发出大量尘埃，遮住了自己，而星体本身可能安然无恙。就如有人投出一个带着火花的烟雾弹，然后自己就被浓烟遮蔽了——武侠影视剧经常有这个套路。

那么问题来了：怎么判断它是不是真的成为失败的超新星呢？

先从外部开始调查。失败的超新星并不会静悄悄地死去。它会在爆发初期，将一部分最外层物质向外推，如同外面的土被拱起来了，却又静了下来。这个也会产生一些亮光，但真实亮度只有太阳的百万倍，比超新星的亮度暗得多。

然后从内部调查。如果明亮恒星真的消失，成为失败超新星，那么它最核心的物质在落入中心后，会先形成的黑洞。要注意，只需要三四个太阳质量就足以成为黑洞。而这个红超巨星的质量是18到25个太阳质量，因此，还剩余14到21个太阳质量的物质会继续往下落，成为黑洞的食物，这真是“本是同根生，相煎何太急”，宝宝心里苦啊！然而黑洞不会顾及兄弟之情，它会让自己吃完所有可以吃的东西，直到把自己吃到质量为18到25个太阳质量为止。

而黑洞吃东西的时候，也不是悄无声息的。因为物质落入黑洞的过程中，损失的引力势能有一部分会成为光与热，光在灰尘较多时，主要形成红外线辐射，而热会使得物体辐射出X射线辐射。

加州理工学院的ScottAdams与他的同事们在后来利用哈勃太空望远镜观测了那个疑似的失败超新星所在的地方，发现那颗星所在的地方的亮度比之前那颗星的百分之一还低。ScottAdams等人还发现了一些红外线辐射，这些辐射与尘埃遮蔽住恒星的情形不一致，因此可以排除尘埃遮蔽恒星的可能性；他们还认为2009年那次爆发的亮度特征符合红超巨星外层物质被喷发的特征。结合这些线索，他们进一步断定这个红超巨星变为一个失败的超新星，中心产生了黑洞。

他们在2016年9月公开了相应的论文。此外，他们在后来继续监测那27个星系，共确认出6个超新星爆发，比之前的多了3个，介绍相应结果的论文于2016年10月公开发布。

仅仅是光学与红外线观测的证据，还是不够强。为得到更强的结论，需要动用X射线望远镜，比如钱德拉X射线望远镜。如果X射线望远镜观测到那个恒星的位置传来的X射线，而且这些X射线奇特征与计算相符合，那就毫无疑问得表明产生了这样一个过程：红超巨星成为失败超新星——中心形成黑洞——剩余物质落入黑洞——物质发出了光与热。因此也就可以证实这个星体真的就是一个失败的超新星了。

所以现在就要等以后的钱德拉X射线望远镜的观测结果，来给这个红超巨星的棺材板钉上最后一个钉子。当然，这钉子只是钉给地球人看的，那颗红超巨星是死是活，在大约两千万年前就已经确定了，只是我们地球人要现在才有可能确定而已。

除了NGC6946中的这个红超巨星被视为可能的“失败超新星”之外，英国《皇家天文学会会刊》（MNRAS）在2015年11月1日发表了剑桥大学的ThomasReynolds等人于2015年7月公布的一篇论文。这篇论文宣称，一个质量为25到30个太阳质量的“黄超巨星”也可能已经成为一个失败的超新星。

ThomasReynolds等人根据哈勃太空望远镜1994年到2003年至少三个不同时期拍下的图像，进行了比较，发现一颗黄超巨星消失了，却又没有爆发为超新星，因此他们认为这个黄超巨星已经成为失败的超新星。

因此，至今为止，已经有两个“失败超新星”的疑似事件，其中红超巨星的那个相对而言更加确定。

当然，我们还需要等待下一步的观测来进一步确认。如果它们真的只是被尘埃遮挡住，几年后尘埃散了之后，恒星会重新露面。如果它们真的消失了，几年后不仅不会重新出现，反而会有X射线的证据表明中心形成了黑洞。

如果失败的超新星被证实存在，那么就可以为产生引力波的大质量黑洞的起源给出一个最强有力的直接支持。与此同时，这对于失败超新星自身的研究也是非常重要的。所以，对于下一步的结果，就让我们拭目以待吧。

附录：与搜寻失败超新星有关的几篇论文：

1.ThesearchforfailedsupernovaewiththeLargeBinocularTelescope:firstcandidates,Gerke,;Kochanek,;Stanek,,Volume450,Issue3,,

预印本：

正式出版版本：

2.Gonewithoutabang:anarchivalHSTsurveyfordisappearingmassivestars,Reynolds,ThomasM.;Fraser,Morgan;Gilmore,Gerard,MonthlyNoticesoftheRoyalAstronomicalSociety,Volume453,Issue3,,

预印本：

正式出版版本：

3.ThesearchforfailedsupernovaewiththeLargeBinocularTelescope:confirmationofadisappearingstar,,,,,

预印本：

4.TheSearchforFailedSupernovaewiththeLargeBinocularTelescope:Constraintsfrom7YearsofData,Adams,;Kochanek,;Gerke,;Stanek,

预印本：