在电影《流浪地球》中，太阳即将要变成一颗红巨星，将地球淹没。你知道吗？这确实是太阳晚年所要经历的阶段。那么，当太阳即将结束漫长的一生时，还会发生些什么呢？大家好，我是韩文标，今天跟大家聊聊恒星的死亡，以及科学家们怎样观测它。

离我们最近的恒星，太阳，已经诞生46亿年了。而它的寿命大约是110亿年，如今可谓是正直壮年。而在50多亿年年之后，太阳将会耗尽它核心氢燃料，变成红巨星，其核心还可能发生《流浪地球》中描写的氦闪。垂死的太阳体积不断变大，可以一直膨胀到地球轨道。再过数亿年甚至更久，外壳会被驱散，变成美丽的行星状星云，而核心则留下一颗致密的白矮星。

说完太阳，大家一定也很想知道宇宙中其他恒星的死亡是什么情况。一般来说，恒星的死亡指的就是恒星不再稳定地发光发热，结束了主序阶段，也就是，氢核聚变的阶段。恒星在其一生中的大部分时间都处于主序阶段，而一旦氢燃料消耗殆尽，人们会说这颗恒星开始走向生命尽头。不过，其实死亡这个字眼并不是特别准确，我更喜欢用蜕变来形容这个过程。因为恒星结束主序阶段，其实是进入了新的生命周期。那所有恒星死亡时，都会像太阳一样先变成一颗红巨星，然后再变成白矮星吗？

其实不然。科学家发现，恒星死亡时会发生什么，取决于恒星的质量。如果是质量只有0.08-0.5个太阳质量的红矮星的话，它们的寿命可长达是千亿年，比我们宇宙目前的年龄还长，因此我们还没有观测到这类恒星的死亡。比红矮星质量大，但小于8倍太阳质量的恒星，包括太阳，它们的结局就是前面所说的，先变成巨大的红巨星，然后外层散尽后，中心会留下一颗致密的白矮星。

而大家更感兴趣的，可能是更大质量恒星的死亡过程，因为会伴随着极其猛烈的爆炸—超新星爆发。爆发产生的电磁辐射经常能够照亮其所在的整个星系，并可能持续几周至几个月甚至几年才会逐渐衰减。而在此期间，一颗超新星所释放的辐射能量可以与太阳在其一生中辐射能量的总和相当。因此早在公元185年的东汉年间，中国古人就观察并记录了在夜空中照耀了八个月的超新星爆发。

恒星通过爆炸可以将其大部分甚至几乎所有物质以接近十分之一光速的速度向外抛散，并向周围的星际物质辐射激波。这种激波会导致一个由膨胀的气体和尘埃构成的壳状结构形成，这被称作超新星遗迹。同时，核心可能会形成中子星或者黑洞，继续存在。那么为什么大质量恒星死亡时会发生超新星爆发呢？

这是因为更大的质量导致核心更高的温度和压力，进而导致失控。当一颗大质量恒星氢燃烧结束后，中心核变成氦核。氦核在引力作用下收缩、温度升高，达到1-2亿度时氦燃烧生成碳、氧、氖并释放能量，燃烧结束后中心核主要是碳、氧。碳氧核收缩温度升高至5亿到10亿度时，发生碳燃烧，生成氧、氖、镁，释放能量，结束后中心核是氧氖镁核。核心进一步收缩，温度继续升高至12亿度时，发生氧燃烧；当温度达到2、30亿度时会发生硅燃烧，产物是铁并释放能量。当铁核收缩，温度飙至50亿度时，铁核会和伽马光子反应，但是此反应不释放能量反而需要吸收能量。这个能量要靠捕获大量电子才能提供，进而导致电子压急剧降低，铁核猛烈塌缩释放巨大能量，将恒星外层爆炸开来，这就是璀璨的超新星爆发。正如我前面所说，这一爆发并不真正意味着死亡，因为爆炸后很可能会留下中子星或者黑洞。重要的是，超新星爆发会产生大量的重元素，并播种到宇宙中去，成为宇宙丰富多彩包括我们生命不可或缺的成分。正所谓一星爆，万物生。

现在的天文学家，使用先进的天文设备，如高海拔宇宙观测站拉索、引力波探测器等来观测超新星爆发，试图理解这一宇宙级的灿烂烟花。2023年12月，清华大学领导的研究团队，根据预警信号，立刻利用全世界的望远镜，对23年5月19日爆发的一颗距离地球5000万光年的超新星爆发开展了非常详细的观测和研究，获取了爆炸发生前后的光变和光谱等信息。特别有意思的是，他们首次发现了激波从红变蓝的过程，揭示了之前没有发现的超新星爆炸的激波过程。这一研究不仅仅使用了专业的天文观测设备，也使用了天文爱好者的业余观测结果，因此在这篇Nature论文的作者中就有好几位天文爱好者。说明天文学研究是一门大众可以广泛参与的科学。科学家们与天文爱好者们一同努力，结合电磁波、中微子、高能宇宙射线和引力波的多信使天文观测，将会为我们揭示这一宇宙奇观背后更多的秘密。

本文为科普中国·星空计划扶持作品

作者：韩文标 中国科学院上海天文台研究员

审核：苟利军 中国科学院国家天文台研究员

出品：中国科协科普部

监制：中国科学技术出版社有限公司、北京中科星河文化传媒有限公司

来源: 星空计划

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