超新星爆炸蕴藏了哪些关键信息,这样的事件是如何发生的?
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发布时间：2022-05-04 01:17
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时间：2022-06-20 07:33
尽管一个恒星生命周期中的“主序”阶段，很可能会持续数亿年，但其快速燃烧氢气的氦气阶段，却往往难以持续数百万年的时间。并且，那些接近生命终点的红巨星，会在发生外层脱落的同时，形成宇宙尘埃中的星际云。然后，在被称为超新星的爆炸中，这颗死亡恒星会释放出超级强大的爆炸波，它的能量甚至可以摧毁该路径上的一切。科学家们在宇宙的一个孤立角落发现了巨大的超新星，它不仅是迄今为止最强大的爆炸事件之一，还解释了超新星的许多奇怪特征。那么，超新星到底是如何发生爆炸的？那些仍然闪耀着光芒的超新星爆炸事件，又蕴藏了哪些关键信息？
迄今为止最大超新星爆炸的例证
科学家们在对SN 2016iet超新星爆炸的观测中发现，同类爆炸事件中有史以来质量最大的死亡恒星，它与其他超新星爆炸最大的不同之处，就在于出现了某些与现有数据不符的特征。
在该恒星爆炸前的几百万年时间里，就已然耗费了其85%左右的质量，并且，其死亡前所留下的物质还和爆炸过程中所产生的碎片发生了碰撞。该超新星的这些不同寻常之处，让所有人不得重新思考早期宇宙中大质量恒星结束生命的方式。该恒星最早于2016年11月被ESA（欧洲航天局）的盖亚卫星探测到，身处于和我们地球大约相距10亿光年之远的遥远矮星系中。科学家们表示在历时3年之后，距离其主星矮星系中心54000光年的一个孤立角落，有一颗大约普通恒星质量200左右的恒星形成。
超新星SN2016iet在各个方面都呈现出了独一无二的特性，不仅环境中缺少重金属，还存在一个奇怪的化学指纹，它在银河系中的位置、所处的星系、光谱，以及其亮度随时间递进而发生的变化，这一切都让它看上去与众不同。虽然在之前的超新星研究中，偶有部分会在某个方面表现得不同寻常，但在整体特征上依然保持一致，而SN 2016iet则开启了科学家们对不稳定超新星的首次观测。这样的不稳定超新星，通常是一颗即将死亡的恒星核心发生坍缩，反粒子对和粒子通过过程中所产生的伽马射线辐射而产生，从而导致了这场泯灭恒星的热核爆炸事件发生。关于不稳定超新星这个想法，在科学界已存在数十年，终于在SN 2016iet身上进行了首次观测，垂死的恒星被放置到正确的质量体系里，它们具有正确的行为，并在金属缺乏的矮星系中，展开了一系列令所有人都难以置信的演化过程。
30年前的超新星爆炸在散发光芒
科学家们于1987年所观测到的恒星爆炸引起的冲击波，在时隔30年之后仍然可以看到它散发的光芒，成为了当时宇宙中观测到的与地球最接近的明亮超新星之一，它的发现为研究人员提供了研究恒星死亡整个过程的独特机会。在SN 1987A被发现之前，我们对超新星的认知处于简单和理想化的状态，大规模恒星发生爆炸的后果，事实上远比人们之前所预想的多。通过它从超新星演变为超新星遗迹这个过程，科学家们通过望远镜的使用，获得了前所未有的巨星洞察力。自该超新星被发现以来，研究人员密切监视着它对周围的环境带来了哪些改变，并得知了其中心缓慢移动的尘埃，是由死亡恒星核心中的重元素所组成，这表明了粒子可以在超新星爆发后再次形成、甚至快速生长。
在SN 1987A的观测过程中，科学家们还发现恒星物质和天然气被喷射出来的时间，其实早在超新星发生爆炸前2万年左右，这些物质被那些缓慢移动的恒星风带离了垂死的恒星。然而，这一切并不能改变恒星即将到达生命是终点的事实，当恒星本身变得更加炙热，会产生更快的恒星风，这导致了物质的较慢堆积，也就是我们在爆炸恒星周围所观察到的同心环状结构。这些环会被来自超新星的最初光线所照射，并在爆炸后的第一个十年时间开始逐渐消失，直到环内被超新星的冲击波撞击，气体因为被加热而产生强大的X射线发射。而这一系列过程，都被哈勃太空望远镜所捕获，通过超新星对周围环境动力学和化学的影响，为我们塑造了银河系的真实演化。
超新星爆炸的过程是如何发生的
宇宙中的所有天体都有其自身的生命演化周期，而置身于这个浩瀚空间的恒星自然也不例外，最终耗尽燃料的它们可能会上演一次壮观的爆炸性视觉盛宴。不管一颗恒星的质量有多大，都会通过自身重量的破碎重力以提供核心完成核聚变、“氢转化为氦”这两个过程所需要的温度和压力，而在这样的融合过程中所释放的能量，足以使得该恒星变得更加膨胀。随着重力和压力的增加，聚变反应的强度水平也相应提高，伴随着更多能量的释放，恒星的进一步坍塌受到了阻碍；反之，当融合变得更加激烈，便会导致过度膨胀的发生，重力控制的减轻缓解了核心的压力，并导致了温度的降低。而恒星之所以能够可以持续数百万年到数十亿年、甚至是数万亿年，则是依赖于这种平衡行为，只要存在足有的燃料，恒星便可以继续驱动氦气以避免被重力压碎。
然而，由于重力的作用力从未间断，即使它能够被抵抗相当长的一段时间，但恒星最终仍然无法避免引力的积压。因为，当恒星逐渐老化，便会形成惰性氦的核心，当其自身的氢气耗尽，便再也无法阻止附近材料的重量，在核心达到1.8亿华氏度的时候，氦气本身也会发生融合，只是这样的聚合可能会在一段时间里表现得不那么有效，因为它只有获取更快的速度才能与重力抗衡，这个阶段大约会持续数百万年左右。众所周知，氦聚变反应中会产生氧和碳，而当这些氦气被吸干之后，其核心坍塌会增强到18亿华氏度，这些新元素也都将在更短的时间尺度上发生转变。
当硅这种物质在核心融化产生铁后开始消耗能量，不断压入的重力会将铁原子推到一起，且没有任何东西可以阻止这一切的发生，坚实的核心最终在这颗恒星内部形成。电子被强烈的引力撞击到铁核中，质子因此而转换为中子，这些看似渺小却致密的“中子核”拥有了抵抗重力的能力，并通过了被称为简并压力的一种效应。哪怕是在超新星爆炸的第一阶段，重力也无法集中到足够的拉力，而接下来将会发生什么，并没有人可以确定，因为很多在实际中爆炸的事件，却没能在科学家们的模拟过程中真正爆发。虽然超新星爆炸拥有足够的能量，但却未必可以在正确的时间爆发在正确的地方，超新星的初始时刻，本就是一个最难理解的特殊时期。不管是等离子物理学、辐射、中微子，还是核反应这些过程都会同时发生，科学家们只有通过更好的模拟和进一步的观察，才可能完全解锁这个恒星生命的最后时刻。
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时间：2022-06-20 07:33
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时间：2022-06-20 07:35
