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什么是超新星爆发? 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。
一口气读懂超新星爆发
宇宙奇观：超新星爆发
大多数时候，每天我们抬头看向天空时，总是亘古不变的太阳、月亮和星辰。除了太阳和月亮以及几大行星之外，如果你不仔细看，很难能看出这些“亮点”是会缓慢移动的。似乎星空就是这样，一直不曾改变。
但事实并非如此，如果你运气好，生活在正好有超新星爆发的年代，那在超新星爆发的那些日子里，你很有可能会看到天空中一个很明显的光点，甚至在白天也能看到的清清楚楚。
在《宋史·仁宗本纪》就记载这这么一句话：
嘉祐元年三月辛未，司天监言：自至和元年五月，客星晨出东方，守天关，至是没。
其中这里的1056年4月5日到1054年7月4日，司天监观测到了一颗客星，在这里指的就是超新星。
我们现在还能看到那次超新星爆炸遗留下来的蟹状星云。
在历史上，关于超新星爆发的记载就有非常的多。不过，这些超新星爆发的位置都距离我们较远，因此，我们不能感受到它具体有多恐怖。根据目前的观测、模型和理论推算，如果太阳的位置发生一起超新星爆发，最亮时达到太阳亮度的几十亿倍都有可能。当然如果真的发生了，地球基本上也就没了。所以，超新星爆发产生的能量是惊人的，亮度常常能够比拟一个星系。那这可怕的现象到底是如何产生的呢？
超新星爆炸的原理
实际上，超新星爆炸一般分两种情况：
热核爆炸核坍缩那这两种情况是咋回事呢？
其实我们可以从“粒子”的角度来看，宇宙大爆炸之初，随着温度逐渐下降，物质粒子逐渐产生，其中氢原子和氦原子在宇宙中是最多的。宇宙中各种天体其实都是有原子构成的，尤其是各种恒星，它们主要都是氢原子和氦原子在引力的作用下聚合在一起。
这时候，我们就要注意了，一般来说原子并不会整整齐齐地排列，而是十分好动的。
由于恒星自身的质量特别大，就导致恒星内核的温度特别高，压强特别大。就拿太阳来说吧，内核的温度就达到了1500万度。这样高的温度，使得原子自身的形态都保持不住了，电子和原子核开始放飞自我，各玩各的，所以恒星内核是没有完整的原子结构的，我们把这种状态叫做：等离子态。
这个时候就会出现一个问题，恒星内部大多都是氢，所以此时恒星内部应该是氢原子核和电子的海洋。氢原子核说白了就是质子，因此，恒星内核更类似于质子和电子的海洋。而质子和质子就会有一定地概率撞到一起，当条件足够时，就有可能会发生核反应，点燃恒星，当恒星被点燃，也就进入了主序星。
要注意的是，如果我们把恒星看成一个火炉，那这个火炉的燃料就是氢原子核（质子），而残余的炉渣就是氦原子核。其中四个质子发生核反应形成一个氦原子核，这个氦原子核是由两个质子和两个中子构成的。
然后，如果恒星的质量足够大，当核心所有的燃料都烧完后，恒星会通过自身的引力给自己换个档位，在这个过程中就会发生氦闪。
说白了就是让核心温度升高，换完挡之后，燃料就成了氦原子核，而炉渣就是碳原子核和氧原子核。
如果氦也烧完了，按理说就应该开始烧碳原子核或者氧原子核。可问题时，有的时候恒星质量不够，引力产生的温度不足以让碳原子核发生核聚变，这时也就换挡失败了。但是，也不是没有转机的。像太阳系这样，只有单一恒星的系统在宇宙中是少数，更多的是双星系统甚至三星系统。
一般在双星系统中，质量更大的恒星都比较着急，烧得都比较快，当烧到碳烧不动时，就会变成一颗白矮星。接着，另外一颗恒星也会慢慢烧完氢，然后变成一颗红巨星。这时候白矮星就有可能通过引力开始吃这颗红巨星。
这一次吃，白矮星的质量就会上升，就有可能达到触发碳核聚变反应的条件，这时候燃料就是碳，而炉渣则是原子序数更大的元素，比如：氧、氖、镁、硅等。
这个过程非常快，在毫秒级就完成了，所以这就好比大规模爆炸一下，一下子就全炸了，也就是热核爆炸，恒星会把自身的物质都抛洒到太空当中，什么也不剩下，这就是Ia型超新星，这个过程也叫做碳闪。
热核爆炸属于质量中不溜时候的情况，还有一种情况是恒星自身质量超级大，它还能通过引力继续把碳点着。所以，此时燃料是碳，炉渣是各种原子序数更大的元素。接近着，引力还会继续促发原子序数更大的硅发生核聚变反应。
此时，由于内核温度实在太高，导致外层的温度也很高，于是，恒星的每个层都在发生不同的核聚变反应，炉渣也各不相同，整个恒星看起来特别臃肿。
而最终核心的炉渣主要就是铁原子核，那铁原子核还能继续核聚变么？
实际上，铁原子核是十分稳定的，要让它发生核聚变需要巨大的能量输入，而生成的能量其实比没有输入的多。所以，铁原子核很难发生核反应。
但有些恒星就是这样引力特别大，于是继续挤压内核，直到核坍缩，光子都被压到铁原子核内部，直接把铁原子核击碎，产生自由的质子和中子，质子和电子反应生成中子和中微子，同时整个内核聚会炸开，这样就是IIa型超新星。
这种类型的超新星威力巨大无比，就是上文所说的，常常亮度可以堪比整个星系的水平。在超新星爆炸过程中，物质也会被抛洒到太空当中。内核向内收缩，形成一个中子星或者黑洞。
关于超新星爆炸的原理，我们就说到这里。
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