在2019年西班牙马德里的一场会议上，博士生毛俊捷和周平因为讨论热气体，偶然谈到了一些高质量恒星消失的线索。为了验证想法，他们给欧空局的XMM-Newton空间望远镜提交了观测申请。到了2020年疫情期间，地面观测设备停摆，团队只能靠空间望远镜在家办公，最终用了三次共约36小时的观测拿到了数据。 团队把目光投向了位于1.6亿光年外的碰撞星系Arp 299。这个星系是个恒星诞生的“大工厂”，每年生产的恒星数量是银河系的数十倍。过去20年里，这里已被记录下了10次超新星爆发，其中9次都属于大质量恒星的谢幕表演。但由于尘埃的阻挡，我们可能漏掉了九成以上的事件，实际上只有10%被观测到。 研究人员利用XMM-Newton的反射光栅光谱仪和欧洲光子照相机，把Arp 299的X射线能谱拆分成一条条“元素谱线”。他们发现只有那些质量在10–23或27倍太阳质量之间的大恒星才会留下可测量的元素印记；如果质量超过了27倍太阳质量，X射线能谱里就找不到对应的元素比例了。 此前的理论认为质量在10–40倍太阳质量的大恒星都会发生核塌缩超新星，但这次观测却迟迟没有找到“上限”证据。研究人员通过分析发现，23–27倍太阳质量的恒星可能就是这条路上的最高门槛。这个结果并非确凿无疑的定论，但它首次把“核塌缩超新星”的质量天花板锁定在了23–27倍太阳质量左右。 这次研究是用多波段数据合成的结果。紫色的X射线波段图像来自欧空局的XMM-Newton望远镜；绿色的光学波段图像来自美航局的哈勃空间望远镜；红色的红外波段图像则来自美航局的斯皮策空间望远镜。 这些大质量恒星的生命非常短暂。它们的半径和太阳相比也大得惊人。当核燃料耗尽时，它们会像火炬一样瞬间燃烧殆尽，寿命只有几千万年。相比之下，太阳这种“小个子”能安稳地活到100亿岁。 星暴星系里的“烟花”有个上限：大质量恒星的谢幕边界在哪里？这些质量超过太阳八倍的大恒星为什么活得这么着急？ 宇宙里的“巨无霸”为何急匆匆？质量超过太阳八倍的大质量恒星，半径同样惊人，它们像点燃后瞬间烧尽的火炬，寿命不过几千万年。 相比之下，太阳这种“小个子”能安稳地活到100亿岁。 当核燃料耗尽，这些巨星或爆发成超新星，或直接塌缩成黑洞，把整条生命史浓缩成一次耀眼的烟火。 宇宙中大大小小的恒星，恒星质量越大，半径也越大。 超新星有两种类型：一种是核塌缩超新星，另一种是对超新星。 已知10–18倍太阳质量的大质量恒星会经历“核塌缩超新星”——铁核崩塌释放巨量能量；150倍太阳质量以上的恒星则直接塌缩成连光都无法逃逸的黑洞。 那么，“核塌缩”这条路的最高门槛是多少？ 研究团队把目光投向了正上演“烟花秀”的星暴星系Arp 299。 Arp 299：1.6亿光年外的“烟火工厂”。 银河系每年诞生约10亿颗恒星，而Arp 299的恒星形成率是银河系的数十至上百倍。 这对碰撞星系过去20年已记录10次超新星爆发，其中9次被确认为大质量恒星的谢幕。 由于尘埃遮蔽，我们可能只捕捉到10%的爆发事件。 正在上演“烟花秀”的Arp 299的多波段合成图像：X射线波段图像（紫色）来自欧空局的牛顿空间望远镜（XMM-Newton）；光学波段图像（绿色）来自美航局哈勃空间望远镜（HST）；红外波段图像（红色）来自美航局斯皮策空间望远镜（Spitzer）。 超新星爆发不仅送来光，还抛出氧、氖、镁、铁等化学元素。 不同质量的恒星对应不同的元素比例。 研究团队用XMM-Newton的反射光栅光谱仪和欧洲光子照相机把Arp 299的X射线能谱拆成一条条“元素谱线”。 理论预期10–40倍太阳质量的大质量恒星都会发生核塌缩超新星。 这个上限区间并非铁证如山，却首次把“核塌缩超新星”的质量天花板钉在了23–27倍太阳质量左右。 因为观测误差与理论模型的简并度。 更精确的结果需要更多高质量恒星样本；更精细的核合成计算；更长时间跨度的多波段监测。 Arp 299的X射线能谱已把“核塌缩超新星”的质量上限推到23–27倍太阳质量。 未来若能在更近、更亮的星系里捕捉到更高质量恒星的谢幕就能彻底揭开这条“烟火清单”的最后面纱。