每当我们仰望夜空时，常常惊叹于它的浩瀚与静谧，但实际上，在漆黑的夜空中，各种爆炸可能此起彼伏。其中最壮观的就是大质量恒星的死亡——超新星爆发。

要理解什么是超新星，还要从恒星的一生说起。

恒星是星际分子云在引力作用下坍缩形成的。星际介质在坍缩过程中，当中心的温度和压力高到一定程度时，就会触发核反应，产生能量并发出光和热，从而形成恒星。从本质上讲，我们可以把恒星看成是巨大的热核聚变反应工厂。一颗恒星以氢作为燃料，氢元素在恒星中心转化为氦元素，释放的能量透过星体辐射到宇宙空间中。然而，即便是恒星也无法永恒存在，恒星的内核有朝一日会用尽它的核聚变燃料，从而走向死亡。通常来说，小于8倍太阳质量的恒星会演化成巨大疏松的红巨星，它的外部包层以恒星为中心向外膨胀，形成绚丽的行星状星云。此时如果恒星剩余部分的质量小于太阳质量的1.4倍，就会变成白矮星。而那些质量非常大的恒星，则会以更绚烂的方式结束自己的生命。大质量恒星消耗燃料的速度更快，所以寿命比低质量恒星要短。当一颗大于10倍太阳质量的恒星燃烧耗尽时，会产生一个由铁构成的核心，当这个核心的质量超过1.4倍的太阳质量时，就会开始坍缩，形成一个几乎由中子构成的致密核心。其核心会在自身引力的作用下迅速坍缩，这一过程中会释放出巨大的能量，导致恒星发生剧烈的爆炸，这就是我们所说的超新星爆发。

在超新星爆发过程中，亮度会快速增强，达到峰值后逐渐降低，在几周至几个月内保持较高亮度，直至退出人们的视线。超新星爆发时发出的辐射光线通常可以短暂地照亮整个星系，宛如宇宙中绚丽的“烟花”。它的亮度相当于整个星系的亮度，甚至可以比整个星系亮很多倍，例如迄今为止人类发现的最亮的超新星SN2015 L，其最高光度相当于5700亿个太阳的光度，是银河系的20倍。超新星爆发后一般存在两种情况，一是恒星自身的物质完全被抛散在星际空间，成为超新星遗迹；二是恒星的大部分质量被抛射掉，遗留下来的部分物质，坍缩为中子星或黑洞等致密天体，进入恒星演化的终了阶段。

关于超新星的类型，科学界根据光谱和光变曲线通常分为Ⅰ型超新星和Ⅱ型超新星，Ⅰ型超新星在光谱中缺乏氢线，Ⅱ型超新星的光谱中有明显的氢线，其中Ⅰ型和Ⅱ型超新星又可以细分为Ⅰa、Ⅰb、Ⅰc和Ⅱ- P、Ⅱ- L型超新星，具体差异大家可以参考以下图表。

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就整个宇宙而言，超新星并不罕见，但对于单个星系来说，超新星非常稀有。科学家推测，在一个由1000亿颗恒星组成的星系里，平均每两三百年就会出现一颗超新星。而在我们的银河系中，大多数超新星的爆发因为掩藏在银河系悬臂的尘埃与气体中，所以地球上的我们无法感知到。1987年，加拿大天文学家伊恩·谢尔顿在大麦哲伦星系中观测到超新星1987A，大麦哲伦星系是离我们银河系最近的星系，而这颗超新星是现代天文学家能够详细研究的第一颗超新星，也是现代科技观测到的离我们最近的一颗超新星。

超新星爆发作为宇宙中最为壮观的天体物理现象之一，不仅在视觉上令人震撼，在科学研究中也扮演着举足轻重的角色。

超新星爆发过程中会释放出大量的中微子。对超新星中微子的探测和研究有助于我们了解中微子的性质，比如，在超新星1987A爆发时，多个中微子探测器探测到了来自该超新星的中微子，这为中微子物理研究提供了宝贵的数据。

除此之外，有一种超新星还可以作为“标准烛光”来测量宇宙学尺度上的距离，那就是 Ia型超新星。Ia型超新星是白矮星吸积物质达到钱德拉塞卡极限，也就是达到1.4倍太阳质量的时候引发的粉碎性爆炸，所以它们释放出来的能量几乎都是一样的。这就像一根蜡烛放在不同距离，离我们越近看上去就越亮，离我们越远，看上去就会暗一些。这样我们可以通过观测它的亮度来计算“蜡烛”距我们的距离。

超新星还有一个方面对我们至关重要，那就是生命元素的孕育。科学家推测，宇宙大爆炸产生了氢氦等轻元素，但没有创造出重元素。那么我们地球上的这些重元素是从哪里来的呢？据推测，地球上的重元素一部分是在低质量恒星演化末期向外抛射行星状星云的过程中产生的，另外还有一大部分可能都是在超新星爆发的过程中产生的。比如，比铁轻的元素都堆积在恒星的核聚变产物中，更重的元素，直到元素周期表末端的铀，很多都是在超新星爆发的过程中产生的。所以超新星爆发对于生命元素的孕育也是至关重要的。

所以，超新星的前世今生是一个关于宇宙中最宏大事件的叙事，它揭示了恒星如何以其生命的终结为起点，孕育出新的宇宙结构和元素，对宇宙星系的演化乃至生命的形成都有着深远的影响。

作者：星众成光
审核：中国科学院国家空间科学中心 研究员 刘勇
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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