科普知識(shí):超新星

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超新星:英文名為supernova,也稱:nova。

理論而言,質(zhì)量介于太陽的8~25倍之間的恒星會(huì)在一場(chǎng)超新星爆炸中結(jié)束自己的生命。當(dāng)這顆恒星耗盡所有可用的燃料,它就會(huì)突然失去一直支撐自身重量的壓力,它的核心坍縮成為一顆中子星或者黑洞??一顆毫無生氣的超致密殘骸,外側(cè)的氣體包層則會(huì)以5%的光速拋射出去。

當(dāng)恒星爆發(fā)時(shí)的絕對(duì)光度超過太陽光度的100億倍、中心溫度可達(dá)100億攝氏度,新星爆發(fā)時(shí)光度的10萬倍時(shí),就被天文學(xué)家稱為超新星爆發(fā)了。

一顆超新星在爆發(fā)時(shí)輸出的能量可高達(dá)(10)^43焦,這幾乎相當(dāng)于我們的太陽在它長(zhǎng)達(dá)100億年的主序星階段輸出能量的總和。超新星爆發(fā)時(shí),拋射物質(zhì)的速度可達(dá)10000千米/秒,光度最大時(shí)超新星的直徑可大到相當(dāng)于太陽系的直徑。1970年觀測(cè)到的一顆超新星,在爆發(fā)后的30天中直徑以5000千米/秒的速度膨脹,最大時(shí)達(dá)到3倍太陽系直徑。在這之后直徑又開始收縮。(數(shù)字不準(zhǔn))

超新星的由來

恒星中心開始冷卻,它沒有足夠的熱量平衡中心引力,結(jié)構(gòu)上的失衡就使整個(gè)星體向中心坍縮,造成外部冷卻而紅色的層面變熱,如果恒星足夠大,這些層面就會(huì)發(fā)生劇烈的爆炸,產(chǎn)生超新星。大質(zhì)量恒星爆炸時(shí)光度可突增到太陽光度的上百億倍,相當(dāng)于整個(gè)銀河系的總光度。 恒星爆發(fā)的結(jié)果:(1)恒星解體為一團(tuán)向四周膨脹擴(kuò)散的氣體和塵埃的混合物,最后彌散為星際物質(zhì),結(jié)束恒星的演化史。(2)外層解體為向外膨脹的星云,中心遺留下部分物質(zhì)坍縮為一顆高密度天體,從而進(jìn)入恒星演化的晚期和終了階段。 中國古代天文學(xué)家觀測(cè)到的1054年爆發(fā)的超新星(這顆超新星又被國際上命名為中國超新星)。在一個(gè)星系中,超新星是罕見的天象,但在星系世界內(nèi),每年卻都能觀測(cè)到幾十顆。1987年2月23日,一位加拿大天文學(xué)家在大麥哲倫星云中發(fā)現(xiàn)了一顆超新星,這是自1604年以來第一顆用肉眼能看到的超新星,這顆超新星被命名為“1987A”。

超新星的分類

天文學(xué)家把超新星按它們光譜上的不同元素的吸收線來分成數(shù)個(gè)類型:

● I型:沒有氫吸收線A ● Ia型:沒有氫、氦吸收線,有硅吸收線 ● Ib型:沒有氫吸收線,有氦吸收線 ● Ic型:沒有氫、氦、硅吸收線 ● II型:有氫吸收線

I型超新星

Ia超新星 缺乏氫和氦,光譜的峰值中以游離硅的615.0納米波長(zhǎng)的光最為明顯。 Ib超新星 未游離的氦原子(He I)的587.6納米,和沒有強(qiáng)烈的硅615納米吸收譜線。 Ic超新星 沒有或微弱的氦線,和沒有強(qiáng)烈的硅615納米吸收譜線。

II型超新星

II-P超新星 在光度曲線上有一個(gè)"高原區(qū)"。

II-L超新星 光度曲線(星等對(duì)時(shí)間的改變,或光度對(duì)時(shí)間呈指數(shù)變化)呈"線性"的衰減。

如果一顆超新星的光譜不包含氫的吸收線,那它就會(huì)被歸入I型,不然就是II型。一個(gè)類型可根據(jù)其他元素的吸收線再細(xì)分。天文家認(rèn)為這些觀測(cè)差別代表這些超新星不同的來源。他們對(duì)II型的來源理論滿肯定,但是雖然天文有一些意見解釋I型超新星發(fā)生的方法,這些意見比較不肯定。 Ia型的超新星沒有氦,但有硅。它們都是源于到達(dá)或接近錢德拉塞卡極限的白矮星的爆發(fā)。一個(gè)可能性是那白矮星是處于一個(gè)密近雙星系統(tǒng)中,它不斷地從它的巨型伴星吸收物質(zhì),直至它的質(zhì)量到達(dá)錢德拉塞卡極限。那時(shí)候電子簡(jiǎn)并壓力再不足以抵銷星體本身的引力,結(jié)果是白矮星會(huì)塌縮成中子星或黑洞,塌縮的過程可以把剩下的碳原子和氧原子融合。而最后核融合反應(yīng)所產(chǎn)生沖擊波就把那星體炸成粉碎。這與新星產(chǎn)生的機(jī)制很相似,只是該白矮星未達(dá)錢德拉塞卡極限,不會(huì)塌縮,能量是來自積聚在其表面上的氫或氦的融合反應(yīng)。 亮度的突然增加是由爆發(fā)中釋放的能量所提供的,爆發(fā)以后亮度不會(huì)即時(shí)消失,而是會(huì)在一段長(zhǎng)時(shí)間中慢慢地下降,那是因?yàn)榉派湫遭捤プ兂设F而放出能量。

Ib超新星有氦的吸收線,而Ic超新星則沒有氦和硅的吸收線,天文學(xué)家對(duì)它們產(chǎn)生的機(jī)制還是不太清楚。一般相信這些星都是正在結(jié)束它們的生命(如II型),但它們可能在之前(巨星階段)已經(jīng)失去了氫(Ic則連氦也失去了),所以它們的光譜中沒有氫的吸收線。Ib超新星可能是沃爾夫-拉葉型恒星塌縮的結(jié)果。

如果一顆恒星的質(zhì)量很大,它本身的引力就可以把硅融合成鐵。因?yàn)殍F原子的比結(jié)合能已經(jīng)是所有元素中最高的,把鐵融合是不會(huì)釋放能量,相反的能量反而會(huì)被消耗。當(dāng)鐵核心的質(zhì)量到達(dá)錢德拉塞卡極限,它就會(huì)即時(shí)衰變成中子并塌縮,釋放出大量攜帶著能量的中微子。中微子將爆發(fā)的一部份能量傳到恒星的外層。當(dāng)鐵核心塌縮時(shí)候所產(chǎn)生的沖擊波在數(shù)個(gè)小時(shí)后抵達(dá)恒星的表面時(shí),亮度就會(huì)增加,這就是II型超新星爆發(fā)。而視乎核心的質(zhì)量,它會(huì)成為中子星或黑洞。

II型超新星也有一些小變型如II-P型和II-L型,但這些只是描述了光度曲線圖的不同(II-P的曲線圖有暫時(shí)性的平坦地區(qū),II-L則無),爆發(fā)的基本原理沒有太大差別。

還有一類被稱為“超超新星”的理論爆發(fā)現(xiàn)象。超超新星指一些質(zhì)量極大恒星的核心直接塌縮成黑洞并產(chǎn)生了兩股能量極大、近光速的噴流,發(fā)出強(qiáng)烈的伽?射線。這有可能是導(dǎo)致伽瑪射線暴的原因。

I型超新星一般都比II型超新星亮。

在一個(gè)大質(zhì)量、演變的恒星(a)元素成洋蔥的殼層狀進(jìn)行融合,形成鐵芯(b) 并且達(dá)到錢德拉塞卡質(zhì)量和開始塌縮。核心的內(nèi)部被壓縮形成中子(c),造成崩落的物質(zhì)反彈(d)和形成向外傳播的沖擊波(紅色)。沖積波開始失去作用(e),但是中微子的加入使交互作用恢復(fù)活力。周圍的物質(zhì)被驅(qū)散(f),留下的只有被簡(jiǎn)并的殘骸。


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