超新星的工作原理
（在這張圖片中，白矮星強大的引力從附近的恆星中吸出物質。如果白矮星變得太大，無法支撐自己的重量，它就會自行坍塌，然後在超新星中爆炸）
我們出生，然後成長，最後死亡。而如果我們在生命的盡頭化作璀璨的焰火，消失在爆炸的巨響中，那麼我們的生命周期與在夜空中閃爍的巨型恆星則可以說是基本相同了。
當宇宙中巨大的恆星爆炸時，爆炸階段的恆星被稱為超新星爆發。雖然較小的恆星就這樣消失了，但它的死亡卻是一場宇宙級引人注目的盛事。它一生都在蠶食自己的內臟——有時是太陽的內臟——來作為燃料。當沒有任何東西可供它消耗時，它將自行坍縮崩潰，然後在敲響的喪鐘聲中向外爆炸，使其他巨大的恆星（有時甚至是整個星系）在數天，數周甚至數月內都顯得黯然失色 【資料來源： 萊蒙尼克（Lemonick）】。
據統計，在銀河系大小的星系中，超新星爆炸每50年左右就會爆發一次。然而，直到2006年，科學家都認為銀河系最近的超新星爆炸發生在16世紀末[資料來源：戈達德太空飛行中心]。然後，他們意識到，他們跟蹤了23年的星際碎片團，實際上是一個只有140年歷史的超新星的殘餘物[資料來源：NASA]。由於宇宙塵埃的存在，天文學家並無法直接觀測到這次超新星的爆發，據估計，宇宙塵埃也阻礙了我們對每年發生在銀河系外的10億顆超新星中絕大部分的觀測[資料來源：奧登瓦爾德（Odenwald）]。
相反，有些超新星是如此明亮，以至於用一組簡單的雙筒望遠鏡就可以看到它們。2011年9月，北半球的人們可以窺視到大熊座風車星系（它出現在北鬥七星的把手上方，但在南半球的大部分地區卻看不到），一顆2100萬年前引爆的超新星【資料來源： 珀爾曼（Perlman）】。那麼，你如何發現一個超新星呢？將一個新的光點識別為超新星（而不是高速飛行的飛機或彗星）可能比你想像的要容易得多。
如何找到超新星
在晴朗無雲的夜晚，使用星圖來識別星座是很容易的。畢竟，這些天體的位置已經被繪製了幾個世紀。但是，當一個系外來客突然出現在其有據可查的同伴中時，會發生什麼呢？它可能是數億年前爆炸的恆星的遺骸，而其光芒才剛剛到達我們的視網膜。
天文發現並不需要多麼專業的天文知識。2011年1月，一個10歲的女孩在2.4億光年外的星系裡發現了一顆超新星[資料來源：文森特（Vincent）]。科學家經常依靠合作的天文學家在天空中巡視，以尋找新出現的、比周圍物體更明亮、更清晰的精確點。
即將進入超新星的恆星，由於溫度升高而將顏色從紅色變為藍色[資料來源：明克爾（Minkel）]。超新星之所以是藍色是因為都卜勒效應：它們爆炸產生的光向我們移動得如此之快，以至於看起來是藍色的[資料來源：穆爾丁（Murdin）]。此外，與彗星或商用飛機不同，超新星並不會移動位置。
如果你發現一顆沒有記錄的超新星，你可以把它報告給國際天文學聯合會天文電報中心局。天文學家們在那裡將研究任何潛在的超新星正在發出的任何電磁輻射，包括但不限於伽馬射線，X射線，紫外線波，可見光，紅外波，微波和無線電波。這種可見和不可見的輻射光譜將幫助他們了解天體的組成，溫度，密度，以及移動速度。
生活在中國古代的天文學家在公元185年觀察到超新星。他們並不明白所看到的是什麼，只能確信這是一個從未出現過的新的光點，將之稱為「客星」。然而，在記錄這顆新星8個月後，這個物體突然消失了。儘管這顆躲躲閃閃的恆星本來可能只留下隻言片語的記載就被人遺忘，但2006年它又再一次出現在人們的視野中。那時，天文學家們突然意識到他們正在觀察的超新星殘餘物與中國古代記載的是同一個 [資料來源：齊林斯基（Zielinski）]。
像這樣的超新星已經遍布宇宙，在我們的銀河系和其他數百萬光年之外的星系中廣泛存在。1987年，我們發現了一顆位於和銀河繫緊相毗鄰的大麥哲倫星雲中的超新星，它距離地球如此近的，以至於我們不用望遠鏡就能看到它。[資料來源：太空望遠鏡科學研究所]。2011年當科學家發現它的殘骸進入到衰變階段時發出更亮的光時，它再次創造了歷史：這個超新星的殘餘碎片團膨脹，撞上了一圈在爆炸前從超新星中排出的碎片，產生了X射線和熱量，這使得它的的光變得更加明顯， [資料來源：貝克（Beck）]。
但是，這顆恆星最初是如何開始自我毀滅的呢？在下一段中我們將了解到巨型恆星的生命周期。
星級狀態的更改
1572年，丹麥天文學家第谷·布拉赫（Tycho Brahe）在夜空中發現了一個令人費解的現象：一顆明亮的新星（拉丁語，Nova）出現不久就迅速褪色。（我們今天知道它是一顆超新星，不是一顆新恆星，而是一顆垂死的恆星）而在此之前，西方普遍認為恆星從不會發生變化。[資料來源：第谷布拉赫博物館]。
巨星的生命周期
（是1572年觀測到的超新星第谷·布拉赫的殘餘物。這張圖片是由低能x射線（紅色）顯示碎片和高能x射線（藍色）顯示爆炸波以及周圍恆星的可見光組成的彩色合成圖。美國宇航局/CXC/魯特格斯/K.埃裡克森）
當氣體和塵埃在強大的引力作用下發生彎曲而形成一顆小恆星時，一顆巨星就在懵懂中開始了它的生命歷程。當初生恆星中心的物質加熱時，它會吸引更多的星際氣體和塵埃。這一增長階段可能需要5000萬年的時間，接著是100億年光彩奪目的成年期。
恆星為何會如此光彩奪目？氫核聚變成密度稍高、質量稍重的元素氦而為恆星提供燃料，恆星的核心發生核聚變，這一行為所產生的能量向外流動，防止重核自行坍塌，並產生可觀測光 [資料來源：NASA]。你可以在《星星如何工作》（《How Stars Work》）中閱讀關於此過程的更多信息。
當恆星開始耗盡氫並融合成氦時，它的生命將走到盡頭。隨著能量向外輻射，核心開始坍塌，導致其溫度升高。氫核聚變只在恆星的外層中繼續，繼而導致其膨脹,變成了一個紅巨星。一個紅巨星會失去它的外層而變成白矮星,（如果質量足夠大，恆星將通過將外層融合成越來越重的元素而消耗掉。如果恆星沒有足夠的重力來完成這一任務，它會將冷卻的外層釋放到太空中。）質量足夠的白矮星最終會變成超新星。它的核心將崩潰，導致的爆炸無法與地球上任何可能經歷的爆炸相提並論——除非我們捆綁上千萬枚的核彈頭，並同時引爆它們[資料來源：湯普森（Thompson），NASA ]。由於這種情況不太可能發生，所以我們永遠不會經歷超新星大小的爆炸——儘管有科幻電影《伊萊之書》這樣的情節，但我們的太陽還不夠大，不足以發出這樣劇烈的爆炸。
為什麼會發生這種毀滅性的坍縮？之後會發生什麼？超新星將如何影響其星系的其他部分？以上相關內容我們將在下文中進行討論。
超新星的類型
有足夠的重量成為超新星的恆星，所產生的超新星被分成兩種類型——I型和II型。天文學家魯道夫·明科夫斯基（Rudolph Minkowski）在1941年提出了這種分類。天文學家使用一種叫做光譜儀的設備，可以很輕鬆地通過光的顏色來了解恆星內燃燒的元素。
通過使用光譜儀，明科夫斯基注意到一些超新星（I型）不含氫，但其他超新星（II型）則含有氫。隨著觀測技術的進步，在20世紀80年代，科學家進一步將I型超新星分為三個子類別：Ia型（其光譜中含有矽）、Ib型（其光譜中含有氦）和Ic型（兩者皆不含）（恆星風在恆星成為超新星之前就撕裂其外層，從而使其失去元素）[資料來源： 斯威本科技大學]。
Ia型超新星的工作方式不同於所有其他類型。Ia型超新星來自白矮星，它是雙星系統的一部分（即與另一顆恆星共享軌道的星體），其大小大約是太陽的兩倍。這顆白矮星的質量允許它融合比氫稍重的元素，所以白矮星有一個穩定的碳氧核心。
這顆白矮星最終會衰變為一顆黑矮星。但由於它並非孤星，所以它可以獲得其他恆星所不具備的優勢，這兩顆恆星中質量較大的那一個就像一個機會主義的兄弟，利用其引力從另一顆恆星竊取物質。這顆暴食的恆星一直生長到超過錢德拉塞卡極限——即質量是太陽的1.4倍。在這樣的尺寸下，白矮星的核心突然有足夠的熱量和壓力來融合碳，而所有這些碳都像核彈爆炸時一樣，把恆星炸成碎片[資料來源：阿特金森（Atkinson）]。它留下了形狀對稱的氣態殘餘物，其中包含大量在爆炸熱中產生的鐵[資料來源：錢德拉X射線天文臺]。
由於Ia型超新星在恆星死亡時都在同一點爆炸，因此它們的峰值亮度幾乎完全相同。由於它們是如此的一致，所以Ia型超新星也被稱為標準燭光：一旦天文學家在某個空間區域中找到一個，它們便可以將其用作比較周圍其他物體的基準。
儘管Ib，Ic和II型超新星在光譜中顯示出不同的元素，但它們都以相同的方式爆炸。詳細內容將在下一節中了解。
錢德拉塞卡極限
20歲的時候，大多數大二的學生還在選擇專業，而哈佛學生蘇布拉馬尼揚·錢德拉塞卡已經證明了，白矮星在達到太陽質量1.4倍後就會爆炸。這一年是1931年，天體物理學家們從此開始根據他的發現為基準進行研究。2006年觀測到的一個例外（白矮星爆炸前達到太陽質量的2倍）仍在研究之中。
核心坍塌超新星
（這是仙后座A，是一顆核心坍縮的超新星殘骸，其中心具有中子星。它位於銀河系，距地球僅11,000光年，最初爆炸於330年前）
NASA/CXC/UNAM/國際宇航局/D. PAGE，P. 什泰寧 ET AL
IB型、IC型和II型超新星一開始非常巨大——可能是我們太陽的8倍大——以至於它們把自己吞噬到了崩潰的地步[資料來源：NASA]。最終產生一顆白矮星，這顆白矮星的核心內部有著巨大的熱量和壓力，較輕的元素不斷融合成越來越重的元素，而不是飛向太空。這會產生足夠的輻射能來支撐恆星不斷增加的重量——直到鐵形成。鐵熔合成更重的元素實際上是在消耗能量，而不是釋放能量，所以當鐵開始熔合時，恆星的外層就會失去並開始向內墜落。要理解這場巨大的爆炸，你必須知道恆星最微小的粒子是怎麼回事。
如果一個白矮星的質量大到足以融合其核心中的鐵，那麼這些鐵原子將變得異常熾熱且密密麻麻地堆積在一起，就像卡在馬戲團汽車中的滿身是汗的小丑一樣擠在一起。它們的亞原子粒子碰撞，鐵原子核分裂，留下氦核加上幾個遺留下來的中子，並在這個過程中吸收大量的能量。
如果沒有足夠的能量來支撐它，恆星的核心開始迅速收縮。它的直徑突然從約5,000英裡（8,000公裡）增加到約12英裡（19公裡），從而產生高達1800億華氏度（1000億攝氏度）左右的溫度[資料來源：NASA]。這種熱量使質子和電子融合在一起，相互抵消，成為中子，並在這個過程中排出一堆中微子。中微子可以逃逸，它們逃逸帶走能量，使核心用於支撐自身的能量變得更少。核心在物理上會盡其所能地收縮，但是即使沒有更多空間，恆星的外層也會繼續向內下落。那時，他們會在巨大的爆炸中反彈。所有這些都需要很多詞來解釋，但它可能僅發生在四分之一秒內。
爆炸的熱足以熔化比鐵重得多的元素，並將這些元素釋放到氣體雲中，氣體雲將在剩餘的固體核心周圍成為的不對稱殘餘物[資料來源：錢德拉X射線天文臺]。
在下一節內容中，我們將分享更多關於恆星毀滅所產生的影響。
我們從超新星中學到了什麼
[螺旋星系NGC 4151的中心有一個超大質量黑洞（如圖中白色部分所示），它正在活躍地成長。它的暱稱是「索倫之眼」，我們保證我們不會僅僅因為和「指環王」相像從而選擇這張圖片]
X-RAY：美國航天局/CXC/CFA/J.王ET AL;圖片： ISAAC 牛頓組， 洛杉磯帕爾馬/卡彭斯·卡普泰恩·廣播：NSF/NRAO/VLA
英國流行樂隊Oasis的熱門歌曲「 Champagne Supernova」 現在成為復古廣播電臺的素材（或者懷舊者的鈴聲）。但當它在1995年首次發行時，它打破了排行榜記錄，持續銷售了390萬冊[資料來源：甘德森（Gundersen）]。
即使有如此成功的記錄，"香檳超新星"與實際超新星SNLS-03C3bb相比也顯得黯然失色。 天文學家在2006年發現了這顆超新星，並迅速將它暱稱為「香檳」超新星（還有什麼比形式搖滾更好的慶祝方式？），因為它遠超乎他們的意料。超新星在爆炸前相當於2個太陽質量。這遠遠超過了天文學家們所期望的1.4個太陽質量——錢德拉塞卡極限[資料來源：CBC，傑弗瑞（Jeffery）]。
那麼，為什麼要慶祝一顆巨大恆星的死亡呢？因為SNLS-03C3bb改變了遊戲規則，而且使科學家了解了不同的恆星是如何死亡的，這使得科學家能夠預測未來的超新星將如何影響宇宙的其他部分。
Ia型超新星完全摧毀了一顆恆星的核心，而其他三種類型則留下了超緻密的核心。當一顆內核小於3個太陽質量的恆星產生Ib，Ic或II型超新星時，它會形成一個中子星，其核心的密度與原子核的密度相同，並具有強大的磁場。如果它的磁場產生了燈塔式的輻射束，並隨著恆星的旋轉而朝著地球閃爍，那麼就將其稱為脈衝星。
當一顆核心大於等於3個太陽質量恆星爆炸時，爆炸的後果可能會產生黑洞。科學家們推測，黑洞的形成是由於引力導致恆星被壓縮的內核不斷下沉產生的。黑洞具有有如此強大的引力，以至於它可以將周圍的物質——甚至行星、恆星和光本身——拖入黑洞內部[資料來源：NASA]。你可以在黑洞如何工作一文中學到更多關於它們的事情。
拋開他們所有的破壞能力不談，超新星也能帶來很多好處。通過追蹤特定恆星的消亡，科學家們發現了古代的天文學事件，並預測了宇宙的未來變化[資料來源：NASA]。通過使用Ia型超新星作為標準燭光，研究人員已經能夠繪製出整個星系與我們之間的距離，並確定宇宙正在以更快的速度膨脹[資料來源：Cal Tech]。
但恆星留下的不僅僅是電磁信號。當一顆恆星爆炸時，它會產生宇宙碎片和塵埃[資料來源：NASA]。Ia型超新星被認為是造成宇宙中大量鐵的罪魁禍首。宇宙中所有比鐵重的元素，從鈷到Og，都被認為是在核心坍塌在超新星爆炸過程中產生的。這些殘餘物與太空氣體結合，形成新的星際生命：幼年恆星，這些幼年恆星會接著成長並衰老，最終可能再次成為超新星來完成生命的輪迴。、
（標註一下最後一段Og這個元素）