這大概是最全的一次超新星科普

2020-09-05 天文在線

超新星十分明亮，其輻射能量相當於太陽在其整個生命周期內發射的能量。早在公元185年，中國天文學家就有觀測超新星的記錄。根據其光譜中不同化學元素的吸收線將其分為5類。超新星也是促進恆星演化的角色。

超新星極其閃亮。它爆發出的輻射光線通常可以短暫地照亮整個星系，然後在幾周或是幾個月內退出人們的視線。

在超新星短暫的壽命中，它輻射出的能量相當於太陽在整個生命周期中預計會釋放的能量總和。這樣規模的爆炸可以以每秒30，000千米的速度（光速的10％）拋出大量（或是全部）恆星物質，致使衝擊波進入周圍的星際介質。而衝擊波導致膨脹的氣體以及灰塵形成的殼狀結構，被稱為超新星遺蹟。

圖解：克卜勒超新星遺蹟SN 1604的多波長X射線、紅外和光學的彙編圖像

圖源：NASA

超新星一共有好幾種類型。類型I和類型II可能會通過兩種方式形成：停止或突然開始通過核聚變產生能量。當年老的重量級恆星逐漸停止從核聚變中產生能量後，引力坍縮就可能會發生。這些恆星最終變成中子星或是黑洞，並釋放出重力勢能來加熱以及剝離恆星外層。另一種可能是白矮星從伴星那積聚了足夠多的物質（通過吸積或合併），使其核心到達可引燃碳聚變的溫度。同時，失控的核聚變也吞噬了白矮星，終結了它的一生。恆星的核心真正「熄滅」（也就是坍縮）是在其質量大於錢德拉塞卡極限（約為太陽質量的1.38倍）後造成的，而由吸積物形成的白矮星也是在接近這一極限時開始自燃的。可憐的白矮星還會遭受一種截然不同的，比核聚變小得多的熱核爆炸。這種爆炸是吸積在白矮星表面的氫氣引起的，且爆炸產生的光亮常使人誤以為是新產生的一顆恆星。所以，科學家們把這種爆炸的現象稱為「新星」。而那些質量低於大約九個太陽質量的孤星，例如太陽本身，最終只會進化成白矮星（就不會變成超新星了）。

圖解：當白矮星吸食伴星物質，超出錢德拉塞卡極限並發生爆炸時，便會出現Ia型超新星

圖源：搜狐網

儘管自1964年後，銀河系中就再也沒觀測到超新星，但在與銀河系一般大小的星系中，超新星平均每50年就出現一次。它們為豐富含有更大質量元素的星際介質中做出了重要的貢獻。除此以外，由超新星爆炸產生的不斷膨脹的衝擊波也會促使新的恆星的形成。

超新星的英文是「supernova」。在拉丁文中，「nova」（複數novae）是「新」的意思，意指在天空中閃爍的一顆非常明亮的新星。而前綴「super-」區分了超新星和普通新星的區別。（普通新星的亮度也會不斷增加，儘管和超新星比起來增加的幅度較小，且是通過不同機製造成的。）超新星（supernova）這個詞是由瑞士天體物理學家、天文學家弗裡茨·茲薇命名的，並在1926年首次應用於文字資料。

最早記錄在冊的超新星，是由中國天文學家在公元185年觀測到的SN185。而超新星中最明亮的記錄，由SN 1006獲得。中國和伊斯蘭天文學家曾對這顆超新星進行過詳細的描述。被人們津津樂道的超新星SN 1054，最終變成了蟹狀星雲。

圖解：蟹狀星雲

圖源：搜狐網

銀河系中最新用肉眼觀測到的超新星SN 1572和SN 1604為歐洲天文學的發展做出了極大的貢獻，因為它們的出現反駁了亞里斯多德的觀點----即除了月球和行星以外的宇宙都是不可改變的。

超新星的發現會被匯報給國際天文學聯會中央天文電報局，然後中央天文電報局就會發布一個命名的聲明。超新星的名字一般由它被發現的年份再加指定的一個或兩個字母組成。一年中最先發現的26個超新星會用大寫的字母「A」到「Z」來命名，接著會使用成對的小寫字母，如「aa」，「ab」，以此類推。

歷史上記載的超新星只能知道他們出現的年份，例如SN 185, SN 1006, SN 1054, SN 1572 (仙后星座) 和 SN 1604 (克卜勒恆星)。自1885年以來，即使一年之中只發現了一顆超新星，字母表示法也一直被使用（例如：SN 1885A、SN 1907A等），而一次一年之內只發現一顆超新星是1947年發現的SN 1947A。1987年以前，超新星的命名很少使用到兩個字母，但自從1988年後，兩個字母的命名就開始被頻繁使用。

圖解：哈勃望遠鏡拍攝的SN 1987A位於大麥哲倫星雲中

在探索超新星的過程中，科學家們根據在光譜中出現的不同化學元素的吸收線對他們進行了分類。第一個劃分標準是判斷是否產生由氫引起的吸收線。如果超新星的光譜中含有一條氫吸收線（光譜中可見光部分的巴爾末線系），就會被歸為類型II，剩下的則歸為類型I。而在這兩類中，還會根據其他元素的吸收線的存在與否以及光變曲線（超新星視星等隨時間變化的函數圖像）的形狀進行細分。

圖解：SN 1987A 的光變曲線

圖源：ARAA

超新星遺蹟是由一個緻密天體以及含有迅速膨脹物質的衝擊波組成的。這團物質在長達兩個世紀的自由擴張階段橫掃周圍的星際介質之後，就會進入一段絕熱膨脹時期，在這大約1萬年的時間裡冷卻並與周圍的星際介質混合。

圖解：宇宙大爆炸結構圖

圖源：bilibili

宇宙大爆炸創造出了氫、氦和微量的鋰，而所有較重的元素都是在恆星和超新星中合成的。超新星傾向於用金屬元素（非氫氦元素）豐富周圍的星際介質。這些注入的元素最終成為了可形成恆星的分子雲中的一員。因為附近空間中密集分子雲的壓縮，膨脹的超新星遺蹟所產生的動能可以促使恆星形成。

作者: Tim Trott

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