天文学家越来越多地拉开黑洞的帷幕。在过去几年里，我们终于捕捉到了这些可怕生物的真实照片，并测量了它们碰撞时产生的引力波——时空涟漪。但关于黑洞，我们还有很多不知道的地方。最大的谜团之一就是它们最初是如何形成的。
我和我的同事现在相信，我们已经观察到了这个过程，为黑洞形成时发生的事情提供了一些迄今为止最好的指示。我们的研究结果发表在《自然》和《天体物理学杂志》上的两篇论文中。
天文学家从观测和理论上都认为，大多数黑洞是在一颗大质量恒星的中心在其生命末期坍塌时形成的。恒星的核心通常利用强烈核反应产生的热量提供压力或支撑。但是，一旦这样一颗恒星的燃料耗尽，核反应停止，恒星的内层就会在重力作用下向内坍缩，压缩到极高的密度。
大多数情况下，当恒星的核心凝结成一个固体物质球，富含被称为中子的粒子时，这种灾难性的坍缩就停止了。这将导致一次强大的反弹爆炸，摧毁这颗恒星（超新星），并留下一个被称为中子星的奇异物体。但垂死恒星的模型显示，如果原始恒星的质量足够大（相当于太阳质量的40-50倍），坍缩将持续不减，直到恒星被挤压成一个引力奇点——黑洞。
虽然现在全宇宙都在常规观测恒星坍缩形成中子星（超新星调查每天晚上都会发现几十颗新恒星），但天文学家还不能完全确定黑洞坍缩过程中会发生什么。一些悲观的模型表明，整个恒星将被吞没，没有多少痕迹。其他人则认为黑洞的坍塌会产生其他类型的爆炸。
例如，如果恒星在坍缩时正在旋转，一些下落的物质可能会聚焦成高速逃离恒星的喷流。虽然这些喷流不会包含太多的质量，但它们会产生巨大的冲击：如果它们撞上什么东西，从释放的能量来看，效果可能非常显著。
到目前为止，黑洞诞生后发生爆炸的最佳候选者是被称为长持续时间伽马射线爆发的奇怪现象。这些事件最早是在20世纪60年代由军用卫星发现的，据推测，它们是由坍缩恒星中新形成的黑洞将喷气机加速到令人难以置信的速度造成的。然而，这种情况的一个长期问题是，伽马射线爆发也会排出大量的放射性碎片，这些碎片会持续发光数月。这表明大部分恒星向外爆炸进入太空（就像普通超新星那样），而不是向内坍缩成黑洞。
虽然这并不意味着黑洞不可能在这样的爆炸中形成，但一些人得出结论，其他模型为伽马射线爆发提供了比黑洞形成更自然的解释。例如，一颗超磁化中子星可以在这样的爆炸中形成，并产生自己强大的喷流。
然而，我和我的同事最近发现了一个新的（在我们看来）更好的黑洞形成候选事件。在过去的三年中，在2019次和2021次的两次事件中，我们目睹了一种异常快速和稍纵即逝的爆炸，就像伽马射线爆发一样，它起源于少量的非常快速移动的物质在其直接环境中损坏气体。
通过使用光谱学——一种将光分解为不同波长的技术——我们可以推断出每一次爆炸的恒星的组成。我们发现，光谱与所谓的“沃尔夫-雷耶特恒星”非常相似，这是一种非常巨大且高度演化的恒星，以最先探测到它们的两位天文学家查尔斯·沃尔夫和乔治·雷耶特命名。令人兴奋的是，我们甚至能够排除“正常”超新星爆炸的可能性。当快速物质与其环境之间的碰撞停止时，光源几乎消失了——而不是长时间发光。
这正是你所期望的，如果恒星在其核心坍缩期间，只喷射出少量物质，而物体的其余部分向下坍缩成一个巨大的黑洞。
虽然这是我们喜欢的解释，但这不是唯一的可能性。最平淡无奇的是，这是一次正常的超新星爆炸，但在碰撞中形成了一个巨大的尘埃外壳，将放射性碎片隐藏在视线之外。爆炸也有可能是一种新的、不熟悉的类型，源于一颗我们不熟悉的恒星。
为了回答这些问题，我们需要寻找更多这样的物体。到目前为止，这类爆炸很难研究，因为它们转瞬即逝，很难找到。我们不得不连续快速地使用几个天文台来描述这些爆炸的特征：Zwicky瞬态设施来发现它们，利物浦望远镜和北欧光学望远镜来确认它们的性质，以及大型高分辨率天文台（哈勃太空望远镜、双子座天文台和超大望远镜）来分析它们的组成。
当我们第一次发现这些事件时，我们最初并不确切知道我们看到了什么，但现在我们有了一个明确的假设：黑洞的诞生。
来自类似事件的更多数据可能很快就能帮助我们验证或证伪这一假设，并建立与我们的团队和其他人发现的其他类型的异常快速爆炸的联系。不管怎样，这似乎真的是我们破解黑洞之谜的十年。