当一些恒星死亡时会以一场巨大的超新星形式爆炸,但为什么会形成超新星呢?
太阳是一团持续燃烧了大约46亿年的炽热等离子体,再过50亿年它将耗尽氢燃料,然后经过一些膨胀和收缩之后最终将会失去其外层,留下一个被称为白矮星的矮小发光核心在太空中冷却变暗。
有些恒星的死亡是一个非常和平的过程,但有些恒星会很狂暴,以一种壮丽之光结束一生。它们的爆炸闪光比整个星系都要亮,并且朝四面八方释放出冲击波。我们称这些爆炸为超新星。
超新星
那为什么我们的太阳最终是消失在黑暗中而非终极大爆炸呢?这就是所谓的钱德拉塞卡极限,以印度物理学家苏布拉马尼扬·钱德拉塞卡(Subrahmanyan Chandrasekhar)命名,他算出了为什么有些恒星会爆炸,而那时的他才19岁。
钱德拉塞卡计算发现如果白矮星的质量大约是太阳的1.4倍,那它将无法对抗重力。这种恒星将会坍缩,但当它坍缩时将点燃一系列失控的核聚变反应,然后爆炸形成超新星。所以质量是星系最壮观烟火秀的关键,而有两种方式恒星可以达到钱德拉塞卡极限。
第一种方式是通过吸收另一颗附近恒星的物质。如果一颗白矮星是属于一个双星系统,那它可以持续从伴星那里吸收物质,直至达到太阳质量的1.4倍,然后它会以一场大爆炸而终结。这就是所谓的Ia型超新星。
Ia型超新星
II型超新星始于单一一颗巨大的恒星,这种恒星的质量必须至少比我们的太阳大8倍,才能有一个足够重的核心来点亮巨型太空蜡烛。这种质量的恒星不会像我们太阳那样将终止于把碳和氦聚变成氧,它们会继续燃烧氖、氧和硅继续保持核聚变。但是一旦它们生成铁,聚变就会停止,因为铁聚变所需的能量要比其释放出的还要多。
当核聚变产生的能量不能抵抗重力时,恒星就会坍缩,这会把质子和电子挤压成中子,然后释放出一波中微子,这将产生巨大的向外压力。收缩的外层也会激荡起稠密的内层,当内外层相互猛烈撞击,就会形成重元素并分散到太空之中。爆炸也释放出了诸如碳和氧等元素,否则它们将被束缚在恒星的核心之中,因而从恒星的死亡中我们获得了生命所必须的元素。
即将爆发的恒星
一旦恒星爆炸消散成星云,它会留下一个挤满中子的球体,叫做中子星,其直径仅有数英里。如果恒星质量非常巨大,那么中子会被压碎并形成一个黑洞。而如果恒星质量非常非常巨大,那就不知道啥情况了。
因为恒星爆发需要有很大的质量,所以超新星是很少见的事件。在我们的银河系中,超新星爆发的概率约为一个世纪两次。
参宿四位于猎户座的左肩上,是一颗年老的红巨星
一颗即将成为超新星的恒星就是参宿四,它位于猎户座的肩膀上。参宿四是一颗距离我们至少430光年的红巨星。当参宿四爆发时,在白天也可看到它,但参宿四的爆发至少还需十万年。
R136a1恒星与太阳的对比
参宿四还远不及目前发现的最大质量的恒星——R136a1恒星,它的质量是太阳的265倍。这样的恒星接近了大小上限,而它们的超新星将会是惊天动地的。
ASASSN-15lh超新星爆发想象图
全天自动超新星搜索项目(All Sky Automated Survey for SuperNovae, ASAS-SN)发现了有史以来最大的超新星,它的编号为ASASSN-15lh,这场爆炸的亮度是银河系全部恒星亮度总和的20倍,而这场爆炸释放的能量超过太阳终其一生所释放出的10倍。幸运的是,ASASSN-15lh距离我们38亿光年。
知道恒星的质量,我们就可了解它的命运。