超新星爆發的機理是什麼?

俠客大島主


正是得益於來自太空中超新星爆發播撒的各種重元素,我們的地球才會進化出了碳基分子的生命,包括我們人類。

然而,我們今天也不希望有臨近地球的恆星發生超新星爆發,那種巨大的能量輻射將會吹散地球的大氣,毀滅地球上的一切。幸運的是,超新星相對稀少。據報道,人們肉眼直接可看到並記錄下來的僅有6顆,距離遙遠。最近一次觀測到的銀河系超新星爆發是在1604年,且在離我們約2萬光年遠的安全距離外。
研究者認為,一顆質量至少是太陽質量9倍的恆星才會演化為超新星。質量越大,核心密度就越大,核聚變反應也越激烈,更多的核能又意味著更高的溫度和壓力,恆星在一個遠大於太陽的尺度上達到了力的平衡。這種大質量的恆星預期壽命是數百萬年。(由於太陽屬於中低質量恆星,不足以演化為超新星,下文僅討論較大質量恆星的演化)


超新星爆發是大質量恆星在演化接近末期時經歷的一種劇烈爆炸,是恆星的“暴死”事件。

恆星由於質量巨大,隨著其內部一步步的聚合反應,恆星核心一再坍縮,元素氫、氦轉化為碳、氧等元素,再到元素硅。演化到後期時硅聚變成多種重元素,包括鈣、鈦、鉻以及鐵和鎳。此時的恆星成了一個天文尺寸的熱核炸彈,當核心區硅聚變產物積攢到一定程度時,便發生大規模的爆炸,即超新星爆發。

這種爆炸極其明亮,所突發的電磁輻射能夠照亮所在的整個星系,並可持續幾周到幾個月。恆星通過爆炸將其大部分甚至幾乎所以物質以高達1/10光速的速度向太空拋散,並向周圍的星系物質輻射激波。此類激波會導致形成一個膨脹的氣體和塵埃構成的殼狀結構,這被稱作絢麗的超新星遺蹟。
超新星爆發機理可分為兩種情況:

第一,當核聚變終止,衰老的大質量恆星無法再通過熱核反應產生能量時,恆星受引力坍縮為一箇中子星(或黑洞)。引力坍縮釋放的能量加熱並驅散恆星的外層物質。

第二,白矮星可能從其伴星那裡獲取並積累物質(通過吸積)從而提升內核溫度,以至點燃碳元素導致失控下的核聚變。最終當核聚變能量不足時,恆星坍縮自行摧毀。

這種晚年的大質量恆星由於不再有足夠的熱核能來平衡中心的引力,使得星體向中心坍縮,造成外層變熱,發生劇烈爆炸,產生超新星爆發。

結果就是:恆星解體為一團向外膨脹擴散的氣體和塵埃混合物,彌散為星際物質,結束恆星的演化歷史。外層解體為膨脹的星雲,中心的遺留物坍縮為一顆高密度天體,通常是一顆快速旋轉的中子星,其密度約為每立方毫米10萬噸。OMG!

超新星爆發在為星際物質提供豐富的重元素中起到關鍵作用。它產生的激波也會壓縮附近的星際雲,是新的恆星誕生的重要啟動機制。

2016年我國科學家觀察到了迄今最強的超新星,是太陽亮度的5700億倍,比銀河系所有恆星亮度之和還亮20倍。


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因為聚變到鐵後。鐵很穩定,聚變吸收能量大於釋放能量,這樣聚變能量無法對抗引力恆星迅速收縮產生巨大能量最後爆炸了。


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