超新星
在某种意义上，恒星就像人类：诞生，存活，然后灭亡。在恒星的正常生命中，它们在内核中将较轻的元素聚变成较重的元素。
超新星的遗迹，蟹状星云, 图源:Wikipedia
这是一张合成的图片，是NASA哈勃太空望远镜拍到的蟹状星云最大的照片之一，它宽约六光年，是一个恒星的超新星爆炸后的残余。中国和日本的天文学家在近1000年前的1054年记录下了这次剧烈的爆炸，美洲原住民也对这一事件做了记录。在变成超新星之前，恒星燃烧产生的压力抵消了它自身的巨大引力，使其稳定存在。恒星内部能够聚变的元素总量是有限的，而当这些元素燃烧殆尽后，恒星就会 “死亡” ：其性质会迅速发生剧烈的变化，一个新的天体就由此产生了。超新星是这些恒星死亡方式中最具灾难性和观赏性的。
对超新星的剖析
任何质量的恒星，都会在其生命中的大部分时间将氢聚变成氦（四个氢原子核融合成一个氦原子核）：我们将这一阶段称为主序。当恒星中心的所有氢元素都变成了氦元素之后，恒星就会开始将氦元素聚变成碳元素。然而，核心中的氦元素最终也会用尽；因此，如果想要继续燃烧，恒星必须在较轻的元素一个接一个耗尽后，仍有足够高的温度来聚变更重的元素。
若恒星的质量是太阳的5倍以上，则完全可以发生这样的反应：它们先是燃烧氢，然后是氦，再然后就是碳、氧、硅等…直至铁元素。铁的特殊之处在于，它是元素周期表中最轻的一个聚变时不会释放能量的元素。事实上，铁在聚变时不仅不会释放能量，还会消耗一些能量！这意味着，在恒星的老年阶段，铁聚变的过程不仅无法产生足够的压力来支撑正在扩张的外层，还会从恒星的内核中吸取热能。因此，恒星内部缺乏足够压强，而恒星外层在引力的作用下向下压迫内部，结果就是崩塌。
图为恒星内部发生的核聚变，两个氢原子核（质子）融合成为一个氘核（氢的同位素），再与其他质子融合成为氦3（氦的同位素），然后继续融合形成氦4，铍7，锂7，硼8等更重的元素。
内核合成铁的过程中无法产生足够的辐射压力，导致了恒星外层的向内崩塌。崩塌的过程非常迅速：大概只需要15秒就能完成。在坍塌过程中，恒星外层中的原子核会被挤压到一起，产生高温高压，聚变成比铁更重的元素。
SNR 0509-67.5星云，超新星的残骸。 这是一个非常美的气体球，安静地漂浮在太空深处，被NASA的哈勃太空望远镜拍到。超新星爆炸时产生向外扩散的冲击波，气体被冲击后形成了这样一个气泡。它被命名为SNR 0509-67.5 (或者简称为SNR 0509 )，在距离地球16万光年之外的一个小星系——大麦哲伦星云中。
崩塌后会发生什么取决于恒星的质量。质量小于太阳20倍的恒星会在崩塌中形成中子星：其中心区域里的原子核会被挤压到一起，电子被压进原子核，形成一个密度很大的由中子构成的核心。而外层会从核上分离出去，一场灾难性的爆炸继而发生了，这就是可观测的超新星爆发。
而高于这个质量的恒星则会有截然不同的命运。恒星外层的崩塌地非常剧烈，即使是中子星也无法支撑外层向下崩塌带来的压力。事实上，没有力足以与这种坍塌抗衡，超新星会产生一个黑洞，这是一个极小且密度极大的时空区域，甚至连光也无法逃脱它的控制。我们并不清楚在这种情况下，后续发生的爆炸的细节。科学家们耐心地观测天空，寻找那些以前没有出现的明亮天体，才能发现超新星。由一颗恒星形成的超新星在最亮的时候，其亮度可能会超过整个星系。
超新星的两种类型，（a）I型超新星，形成与一对密接双星之中。双星其中之一先演变成红巨星，继而演变成白矮星，另一颗恒星随后也演化为红巨星，白矮星开始从红巨星吸积物质，使其质量不断增长，最终爆发。（b）II型超新星，也是本文所讲的超新星。当恒星进入老年期，内核逐渐聚变成较重的元素，外层由于温压不足依旧是较轻的氢与氦。当内核演变成铁之后，无法继续聚变，无法产生足够的辐射压来平衡恒星自身产生的重力，发生坍缩，继而爆炸。
宇宙中的可回收与再利用
超新星在宇宙物质回收利用中扮演了重要的角色。我们认为宇宙中几乎所有比氢和氦重的元素，要么是在恒星有生之年在它们核心创造出来的，要么是在较大恒星死亡的超新星爆炸中产生的。之后，超新星会将这些新合成的物质分散到附近的星际空间。这些新的物质会组成新一代含有更多元素的恒星，并且继续循环回收再利用的过程。我们认为太阳中的重元素就是由此而来。科学家认为，太阳系中的行星是由原始太阳附近的盘中的物质形成的，所以地球上所有的重元素（包括人体中的）都有相同的来源。这意味着在字面意义上，我们都是星尘！
1.Wikipedia百科全书
2.天文学名词
translate: xeno2
author: astro
如有相关内容侵权，请于三十日以内联系作者删除
閱讀更多 天文在線 的文章
