什么是超新星爆发?
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超新星爆发
著：H.-Th. Janka 译：Shea
每一秒钟在宇宙的某个地方都会发生超新星爆发。即使它们的距离极为遥远，这一恒星灾变现象仍能为我们提供有关恒星形成的重要信息。其抛射出几个太阳质量的恒星碎片丰富了星际空间中重元素和放射性元素的含量。
尽管超新星非常的明亮，但是超新星爆发的能量仅仅是整个事件能量释放的冰山一角。理论预言当爆发恒星的铁核坍缩成中子星或者黑洞时，中微子带走了绝大多数的引力结合能。对超新星1987A的中微子观测证实了这一预言。通常情况下，总能量中只有1%转化成了喷出物的动能，而其中又只有很少的一部分转化成了电磁辐射。
能量是怎样从坍缩的致密核传递到被抛射的物质上去的呢？了解超新星爆发的驱动力对于预测超新星遗迹的质量、爆发的能量以及核合成的产物至关重要。因此有必要在大质量恒星的特质和超新星的观测之间建立起理论联系。但不幸的是，目前观测还无法解释在恒星坍缩核中所发生的物理过程。
未来通过对银河系中超新星的中微子和引力波观测将会为我们提供必要的数据。但是现在我们对超新星的认识都来自数值模拟和分析。尽管已经研究了30多年，而且计算模型也越来越复杂，但是仍没有取得令人满意的结果。
当高能光子把铁核团打碎成单个粒子和核子（质子和中子）时，恒星的铁核就会出现引力不稳定。这时，核子和自由质子就会俘获电子，进而使压力大幅度下降，而且产生大量的中微子。后者可以毫无阻碍的离开恒星，直到密度上升为止。在1秒钟之内，恒星内部核区就会坍缩至核密度，但是由于核子简并和核力排斥作用会阻止其进一步的坍缩。
此时，会产生一个流体动力学激波，并且通过仍在超声速下落的外部核区向外传播。一般认为这一激波并不会直接导致超新星爆发。由于铁核的光致蜕变和中微子辐射，激波会损失大量的能量，因此导致在半径100-200km处失速。
但是仅仅几分之一秒之后，情况就发生了变化。激波之后的温度会大幅度下降，以至于离开刚诞生的中子星的大量高能中微子会被后激波层中的自由核子所吸收。如果这一能量传递达到一定程度，就会释放出原来已经失速的激波，导致一次“延迟”的爆发。因为激波的最终命运取决于这些物理过程之间的强弱对比，所以需要更详尽的计算模型来确定由中微子传递给激波的能量是否足以导致超新星爆发。
威尔逊（Wilson）和梅勒（Mayle）通过使用两个假设成功模拟了这一中微子驱动的爆发，但是这两个假设还没有被普遍接受。他们假设中子星中的对流混合过程加速了中微子辐射。另外，他们认为为了得到所观测到的爆发能量，在中子星介质中会出现高密度的π介子（产生于夸克和反夸克之间的强相互作用基本粒子）。这两个假设都有利于导致超新星爆发，因为中微子所传递的能量会随着中微子数目和其本身能量的增大而增大。
但是这一模型也忽略了一些重要的物理过程，正如超新星1987A的光谱观测所显示的，爆发中放射性元素镍以出乎意料的高速运动。这一观测预示大尺度的喷流携带着物质从中子星进入爆发恒星的外部壳层。多维模拟确实显示了在新诞生的中子星与超新星激波（那儿由于中微子加热而形成了一个对流不稳定层）之间的强烈瓦解作用。而且，中子星发出的大量中微子以及上升的高温物质也帮助激波进一步的向外传播。这两个效应对于先前描述的延迟爆发机制至关重要。
最近，进行了首次三维模型的计算，这是超新星模型中的又一个里程碑。其证实了先前二维模型的结果。蘑菇状（见图）的结构开始出现，然后发展成大尺度的结构。由于子扰动，中微子驱动的后激波对流可以解释超新星爆发中核合成产物分布的各向异性。加上自转，它也可能会形成非对称的球体，以及观测到的年轻脉冲星所具有的极大反冲速度。
[图片说明]：超新星的三维模拟。这张透视图显示了新诞生的中子星中的对流混合过程。流体动力学不稳定性导致了蘑菇状结构的产生。不同的颜色代表了在一个恒定质子-中子比例面上不同的流体熵的值（蓝色低，红色高）。摘自文献：E. Muller, H.-T. Janka, Astron. Astrophys. 317, 140 (1997)
但是，目前还没有模拟能精确证明中微子加热机制是完全正确的。在最好的二维、三维模型中，有关中微子的物理过程仍是被大大简化的。其中的恒星会以极高的速度爆发，留下一个较小的中子星，同时抛射出大量的锶、钇和锆，但是其丰度与银河系中所观测到的并不相符。中微子主导了超新星爆发的能量，而且决定了核合成的结果。精确描述中微子的输运和相互作用将有助于解决这些问题。
通过整合牛顿和广义相对论流体动力学模型中的中微子输运玻尔兹曼方程，可以获得新的结果。但是在球对称（一维）模型中没有出现超新星爆发的结果。
下一步就是在二维和三维模型中加入这一对中微子更精确的处理方法，同时也要进一步改进中微子在高密度物质中互相作用的有关方程。对于高温中子星的研究也十分有价值，而且超新星爆发中磁场的作用也需要进一步的研究。只有囊括了所有这些问题，我们才有可能获得大质量恒星爆发的标准模型。
超新星爆炸时所释放的能量有多大？超新星爆炸之后会发生什么？
超新星爆炸是恒星进化到红巨星阶段的后期阶段。当核聚变能量不能支持恒星本身的重力时，恒星物质迅速坍缩到核心。在这个过程中，恒星内部的高温和高压瞬间将氦气融合成许多重元素，如碳、氧和氮...... 以铁为例，这种核聚变过程释放出巨大的能量，以至于超新星爆炸了。爆炸的残余物是构成行星的重元素和轻元素，它们被高速抛射到太空。构成行星的材料开始时是一种热气，然后在寒冷的太空中冷却，形成球形的、有规律的行星。由于恒星的各层具有不同的压力和温度，构成行星的碎片由不同的元素组成。一个超新星爆炸会释放出多少能量？一些天文学家估计，这种能量相当于整个主序星阶段释放的总能量。例如，太阳每秒钟消耗427万吨质量，如果你插入质量能量方程式E=MC^2，你可以看到E是一个难以置信的大数字。但这只是太阳的一秒钟的能量。用这个数字乘以46亿年的太阳年龄，你就会得到一个超新星爆炸所释放的能量的大致数量级。这个数字可能超出人们的想象。如果在距离地球几十光年内发生超新星爆炸，毫无疑问，它将导致地球上所有生命的灭绝。爆炸产生的高能粒子和伽马射线一旦扫过地球，将对地球上的生命造成毁灭性的打击。超新星爆炸的威力有多大？首先要了解的是什么是超新星。新星是所有恒星中最神奇的，实际上也是所有天体现象中最神奇的。它们被称为新星，它们并不是真正的新生恒星，而是表面永远微弱的恒星，像大多数恒星一样，由于我们不知道的原因而突然爆裂。它们在几个小时内从不可见变成了无限亮。在它们暂时的高峰期，它们有时会与最亮的恒星相媲美，在更少见的时候，也会与最亮的行星相媲美。然后它们更缓慢地沉入相对的黑暗中。
超新星为什么会爆炸
问题一：超新星爆炸的介绍 超新星爆炸是一种现象，在1987年，天文学家在名为大麦哲伦云矮星系附近发现超新星爆炸，在其爆炸之后没有留下任何痕迹。 SN 1987A是一颗在最近300年里记录到的最接近我们的超新星，即使借助于“哈勃”太空望远镜也没有发现黑洞或超密实中子星，按现代理论在超新星爆炸后应该出现黑洞天文学家内维埃夫・格雷弗斯博士认为，超新星爆炸后会形成中子星，中子星在这样的距离上应该能发现，它会发射无线电波，而黑洞会吸收物质，在吸收时物质会被加热从而发出辐射光。或许中子星存在，但辐射太微弱，要发现它很难。研究中排除了在SN1987A超新星附近存在脉冲星（旋转的中子星，能辐射强烈射电脉冲流）的可能性，也许是来不及形成，因为在理论上需要100至10万年时间。2013年11月13日，哈勃太空望远镜拍摄到超新星SN 2012im爆炸。
问题二：超新星爆炸为什么会产生黑洞为什么爆炸是向外的结果 星系中心形成的黑洞或是说超新星爆炸后形成的黑洞，都是一样的，黑洞是一种天体。黑洞是现代广义相对论中，宇宙空间内存在的一种超高密度天体，由于它是完全不反射光线的黑体，故名为黑洞。黑洞是由质量足够大的恒星在核聚变反应的燃料耗尽而“死亡”后，发生引力坍缩产生的。黑洞的质量极其巨大，而体积却十分微小，它产生的引力场极为强劲，以至于任何物质和辐射在进入到黑洞的视界（临界点）内，便再无力逃脱。黑洞无法直接观测，但可以借由间接方式得知其存在与质量，并且观测到它对其他事物的影响。借由物体被吸入之前，因高热而放出紫外线和X射线的“边缘讯息”，可以获取黑洞存在的讯息。推测出黑洞的存在也可借由间接观测恒星或星际云气团绕行黑洞轨迹，来取得位置以及质量。
问题三：超新星爆炸后会有可能形成白矮星吗？ 不会，只会形成中子星或黑洞，白矮星的形成相对温和
中低质量的恒星在渡过生命期的主序星阶段，结束以氢融合反应之后，将在核心进行氦融合，将氦燃烧成碳和氧的3氦过程，并膨胀成为一颗红巨星。如果红巨星没有足够的质量产生能够让碳燃烧的更高温度，碳和氧就会在核心堆积起来。在散发出外面数层的气体成为行星状星云之后，留下胆的只有核心的部份，这个残骸最终将成为白矮星。
问题四：新星爆炸，超新星爆炸，超超新星爆炸的区别？ 新星和超新星有本质的区别。
新星是白矮星吸积伴星的物质产生的。一颗白矮星如果有一个红巨星、超巨星或主序星作为伴星，它有可能从伴星吸收物质。这些吸收来的物质含氢丰富，它们聚集在白矮星表面，被重力压缩，同时温度上升。当温度达到热核聚变的温度时，会迅速开始热核聚变。这会抛出一些物质，并放出大量的能量，所以新星会很快变亮。
超新星是大质量恒星演化到末期时发生的爆炸。分为I型和II型，其中I型又分为Ia、Ib、Ic三种。Ia型（一般认为）是白矮星吸积过多物质，质量大于1.44倍太阳质量（称为钱德拉塞卡极限），坍缩成中子星，并放出恭量能量。这种超新星比其他的超新星暗，但比新星亮。其他类型的超新星都是大质量恒星的铁核心坍缩成中子星或黑洞。
超超新星，又称为极超新星，是超新星的一种，是极超巨星的发生的超新星爆发。这种超新星比一般的超新星大，核心会直接坍缩为黑洞，在黑洞自转的两极会以光速射出高能量等离子体，是伽玛射线暴的可能源头之一。
问题五：地球真的是随时可能灭亡吗，因为几千光年外的超新星爆炸？ 理论上说这种可能性是真实存在的，超新星爆炸释放出的射线可能会改变人类基因，或者产生其他不利影响，例如可能会杀灭全体男性的 *** ，使得人类无法继续繁衍，之后人类就只能逐渐走向灭亡。
