II 型超新星爆发的形成过程。（a）铁核塌缩形成中子星；（b）下落气体反弹产生的激波；（c）恒星的剩余物质被抛射出去；（d）抛射出的物质散落在宇宙空间中。
恒星必须依靠核反应产生的能量来对抗自身引力导致的塌缩。不同于前述的核反应，铁核聚变不仅不能产生能量，反而必须吸收大量的能量，因此一旦恒星核心变成了铁核，失去能量来源的恒星会立刻开始塌缩。如果塌缩铁核的质量超过钱德拉塞卡极限（1.4倍太阳质量） ，则不会变成白矮星。引力将战胜铁核内部高速电子气的压强，使核心进一步收缩。核心的密度也会大得让人难以置信，同时其中带正电的质子和带负电的电子将结合成为电中性的中子。这个过程将释放出大量的呈电中性、零质量或仅有极其微小质量的“幽灵”粒子——中微子。
蟹状星云是一个正在膨胀的超新星遗迹，其爆发在公元1054年由中国天文学家观测到。
如果塌缩核心的质量不超过2～3个太阳质量，在核心密度达到约为水密度的400万亿倍（约 4×1017千克每立方米）后，紧密堆叠在一起的中子所产生的压强会阻止核心的进一步塌缩。在这个阶段，开始塌缩后零点几秒的时间内，核心将塌缩到半径约10千米大小，变为一颗中子星。如果我们将一茶匙的中子星物质拿到地球上来，它的质量几乎有10亿吨，其密度之大可见一斑。
超新星遗迹仙后座 A 在 X 射线波段的图像，靠近中心位置的亮点可能是一颗中子星。根据超新星遗迹仙后座A的膨胀速率，天文学家推算认为其爆发于1667年，但未发现任何有关这次爆发的观测记录，这可能是因为超新星被尘埃云遮挡所致。
恒星的爆炸
当恒星主体中下落的物质碰到中心坚硬的新生中子星后，将会反弹，并产生强大的激波（超音速飞机所产生冲击波的超巨型版）。激波会将恒星震得粉碎，并将其中的绝大部分物质驱散到太空中。在核心塌缩后，向外扩散的激波需要经过数小时才能到达在劫难逃的超巨星的表面，并驱动光球层（肉眼看到的恒星表面）以4万千米每秒的速度向外扩张。从这个阶段开始，在可见光波段爆炸恒星的亮度才开始陡增。仅仅一到两天内，其光学光度将达到约为太阳的6亿倍（-17绝对星等），与一个小型星系的亮度相当。然而，可见光波段的能量只是其爆炸过程中所释放出的总能量中极小的一部分，其中99%的能量由中微子带走，而绝大多数中微子都以光速，或者更准确地说以极其接近光速的速度逃逸到太空中。
这种现象称作II型超新星（或核塌缩型超新星）。爆炸后留下的云状残骸——超新星遗迹，将向外继续扩张，扫过所到之处的稀薄星际气体，并将其压缩，最终与抛射出的前端物质融合，形成一个由压缩气体组成的扩张壳层。而且，在中间所扫过之处，成为一个逐渐增大的空腔。在这个壳层中存在被缠绕、压缩的磁场，高速运动的电子在磁场中做回旋运动，并释放出从 X 射线到射电波段的电磁辐射。
最著名的超新星遗迹是金牛座中的蟹状星云，其位置与1054年爆发的一个肉眼可见的超新星一致。由于蟹状星云距离我们大约6500光年，所以当被我们看到时，超新星应该已经爆发了6500年了。另一个著名的超新星遗迹是船帆座超新星遗迹，不过相对蟹状星云更暗一些。船帆座超新星遗迹是一个巨大的纤维状云，横跨约1000光年，其中心距离我们约1300光年。根据其膨胀的速度，可以算出船帆座超新星爆发于约11000年前。该超新星爆发达到峰值亮度时，星等值约为-9，比金星还要亮100倍。
超新星1987A所在天区爆发前（左）后（右）的对比。图中箭头所指为爆发的恒星。
大体上看，超新星爆发是比较少见的现象，在类似银河系这种大型的旋涡星系中，平均大约每100年有3次超新星爆发。我们观测到的银河系中最近的一次超新星爆发发生于1604年，不过在这之后可能也还有其他的超新星爆发，但由于致密尘埃云的遮挡未被我们观测到。最近一次肉眼可见的超新星爆发发生1987年2月23日，被称为SN1987A，位于距离我们17万光年的近邻星系——大麦哲伦星云中。尽管距离遥远，其视星等峰值还是达到了2.8，肉眼就能看到。这次爆发的特征是，其产生的中微子首先被日本和美国的中微子探测器观测到，其后数小时，才在光学波段观测到这颗超新星。这个现象与II型超新星爆发的形成机理十分吻合。
产生蟹状星云的超新星我们目前看到的蟹状星云由1054年的超新星爆发产生，这次爆发被中国古代的观测人员记录为“客星”。在长达23天的时间里，即便在白天也能够看到这颗“客星”，而在之后近两年的时间里，它依然是夜空中除月球以外最亮的天体。这次爆发并没有被欧洲和中东的天文学家记录下来。不过在美国的亚利桑那州北部发现了岩石雕刻画，画面显示紧邻着月牙旁出现了一个圆圈，有天文学家认为这可能表示在1054年7月5日爆发时这个超新星的方位与月球靠得很近。由于月球相对背景恒星的运动速度很快，这个天象可能只有在北美洲才能看到。
作者/ 译者 简介
Iain Nicolson，英国皇家天文学会会员，曾任大众天文协会主席，曾获“埃里克·扎克科普奖”。
符磊，中国科学院紫金山天文台信息化建设中心，天文学报编辑部。研究领域: 中子星自旋演化。
胡寿村，中国科学院紫金山天文台行星科学与深空探测实验室助理研究员。研究领域:太阳系小天体动力学。
主编：毛瑞青
轮值主编：袁强
编辑：王科超、高娜返回搜狐，查看更多