每當我們仰望夜空時，常常驚嘆于它的浩瀚與靜謐，但實際上，在漆黑的夜空中，各種爆炸可能此起彼伏。其中最壯觀的就是大質量恒星的死亡——超新星爆發。

要理解什么是超新星，還要從恒星的一生說起。

恒星是星際分子云在引力作用下坍縮形成的。星際介質在坍縮過程中，當中心的溫度和壓力高到一定程度時，就會觸發核反應，產生能量并發出光和熱，從而形成恒星。從本質上講，我們可以把恒星看成是巨大的熱核聚變反應工廠。一顆恒星以氫作為燃料，氫元素在恒星中心轉化為氦元素，釋放的能量透過星體輻射到宇宙空間中。然而，即便是恒星也無法永恒存在，恒星的內核有朝一日會用盡它的核聚變燃料，從而走向死亡。通常來說，小于8倍太陽質量的恒星會演化成巨大疏松的紅巨星，它的外部包層以恒星為中心向外膨脹，形成絢麗的行星狀星云。此時如果恒星剩余部分的質量小于太陽質量的1.4倍，就會變成白矮星。而那些質量非常大的恒星，則會以更絢爛的方式結束自己的生命。大質量恒星消耗燃料的速度更快，所以壽命比低質量恒星要短。當一顆大于10倍太陽質量的恒星燃燒耗盡時，會產生一個由鐵構成的核心，當這個核心的質量超過1.4倍的太陽質量時，就會開始坍縮，形成一個幾乎由中子構成的致密核心。其核心會在自身引力的作用下迅速坍縮，這一過程中會釋放出巨大的能量，導致恒星發生劇烈的爆炸，這就是我們所說的超新星爆發。

在超新星爆發過程中，亮度會快速增強，達到峰值后逐漸降低，在幾周至幾個月內保持較高亮度，直至退出人們的視線。超新星爆發時發出的輻射光線通常可以短暫地照亮整個星系，宛如宇宙中絢麗的“煙花”。它的亮度相當于整個星系的亮度，甚至可以比整個星系亮很多倍，例如迄今為止人類發現的最亮的超新星SN2015 L，其最高光度相當于5700億個太陽的光度，是銀河系的20倍。超新星爆發后一般存在兩種情況，一是恒星自身的物質完全被拋散在星際空間，成為超新星遺跡；二是恒星的大部分質量被拋射掉，遺留下來的部分物質，坍縮為中子星或黑洞等致密天體，進入恒星演化的終了階段。

關于超新星的類型，科學界根據光譜和光變曲線通常分為Ⅰ型超新星和Ⅱ型超新星，Ⅰ型超新星在光譜中缺乏氫線，Ⅱ型超新星的光譜中有明顯的氫線，其中Ⅰ型和Ⅱ型超新星又可以細分為Ⅰa、Ⅰb、Ⅰc和Ⅱ- P、Ⅱ- L型超新星，具體差異大家可以參考以下圖表。

|| ||

就整個宇宙而言，超新星并不罕見，但對于單個星系來說，超新星非常稀有。科學家推測，在一個由1000億顆恒星組成的星系里，平均每兩三百年就會出現一顆超新星。而在我們的銀河系中，大多數超新星的爆發因為掩藏在銀河系懸臂的塵埃與氣體中，所以地球上的我們無法感知到。1987年，加拿大天文學家伊恩·謝爾頓在大麥哲倫星系中觀測到超新星1987A，大麥哲倫星系是離我們銀河系最近的星系，而這顆超新星是現代天文學家能夠詳細研究的第一顆超新星，也是現代科技觀測到的離我們最近的一顆超新星。

超新星爆發作為宇宙中最為壯觀的天體物理現象之一，不僅在視覺上令人震撼，在科學研究中也扮演著舉足輕重的角色。

超新星爆發過程中會釋放出大量的中微子。對超新星中微子的探測和研究有助于我們了解中微子的性質，比如，在超新星1987A爆發時，多個中微子探測器探測到了來自該超新星的中微子，這為中微子物理研究提供了寶貴的數據。

除此之外，有一種超新星還可以作為“標準燭光”來測量宇宙學尺度上的距離，那就是 Ia型超新星。Ia型超新星是白矮星吸積物質達到錢德拉塞卡極限，也就是達到1.4倍太陽質量的時候引發的粉碎性爆炸，所以它們釋放出來的能量幾乎都是一樣的。這就像一根蠟燭放在不同距離，離我們越近看上去就越亮，離我們越遠，看上去就會暗一些。這樣我們可以通過觀測它的亮度來計算“蠟燭”距我們的距離。

超新星還有一個方面對我們至關重要，那就是生命元素的孕育。科學家推測，宇宙大爆炸產生了氫氦等輕元素，但沒有創造出重元素。那么我們地球上的這些重元素是從哪里來的呢？據推測，地球上的重元素一部分是在低質量恒星演化末期向外拋射行星狀星云的過程中產生的，另外還有一大部分可能都是在超新星爆發的過程中產生的。比如，比鐵輕的元素都堆積在恒星的核聚變產物中，更重的元素，直到元素周期表末端的鈾，很多都是在超新星爆發的過程中產生的。所以超新星爆發對于生命元素的孕育也是至關重要的。

所以，超新星的前世今生是一個關于宇宙中最宏大事件的敘事，它揭示了恒星如何以其生命的終結為起點，孕育出新的宇宙結構和元素，對宇宙星系的演化乃至生命的形成都有著深遠的影響。

作者：星眾成光
審核：中國科學院國家空間科學中心 研究員 劉勇
出品：中國科協科普部
監制：中國科學技術出版社有限公司、北京中科星河文化傳媒有限公司

來源: 星空計劃

內容資源由項目單位提供