“小夢(mèng)，你有沒(méi)有聽(tīng)說(shuō)過(guò)不對(duì)稱(chēng)性？關(guān)于超新星的。”華楓在早飯后問(wèn)起云夢(mèng)。

    看著云夢(mèng)有些迷惑，華楓隨即解釋起來(lái)。一上午的時(shí)間就在這樣的問(wèn)答中很快過(guò)去。

    他知道質(zhì)量不小于九倍太陽(yáng)質(zhì)量的大質(zhì)量恒星具有相當(dāng)復(fù)雜的演化風(fēng)格。在恒星內(nèi)核中的氫元素不斷地通過(guò)核聚變產(chǎn)生氦元素，其中釋放的能量會(huì)產(chǎn)生向外的輻射壓，從而保證了內(nèi)核的流體靜力學(xué)平衡而避免恒星自身巨大的引力導(dǎo)致的坍縮。

    而當(dāng)恒星內(nèi)核的氫元素消耗殆盡而無(wú)法再產(chǎn)生足夠的輻射壓來(lái)平衡引力時(shí)，內(nèi)核的坍縮開(kāi)始，這期間會(huì)使內(nèi)核的溫度和壓力急劇升高并能夠?qū)⒑ぴ攸c(diǎn)燃。由此恒星內(nèi)核的氦元素開(kāi)始聚變?yōu)樘荚?，并能夠產(chǎn)生相當(dāng)?shù)妮椛鋲簛?lái)中止坍縮。

    這使得內(nèi)核膨脹并稍微冷卻，此時(shí)的內(nèi)核具有一個(gè)氫聚變的外層和一個(gè)更高溫高壓的氦聚變的中心。（其他元素如鎂、硫、鈣也會(huì)產(chǎn)生并在某些情形下在后續(xù)反應(yīng)中燃燒。）

    上述的過(guò)程會(huì)反復(fù)幾次，每一次的內(nèi)核坍縮都會(huì)由下一個(gè)更重的元素的聚變過(guò)程而中止，并不斷地產(chǎn)生更高的溫度和壓力。

    星體由此變成了像洋蔥一樣的層狀結(jié)構(gòu)，越靠近外層的元素越容易發(fā)生聚變反應(yīng)。每一層都依靠著其內(nèi)部下一層的聚變反應(yīng)所產(chǎn)生的熱能和輻射壓力來(lái)中止坍縮，直到這一層的聚變?nèi)剂舷拇M；并且每一層都比其外部一層的溫度更高、燃燒更快——從硅到鎳的燃燒過(guò)程只需要一天或幾天左右的時(shí)間。

    在這樣過(guò)程的后期，不斷增加的重元素參與了核聚變，而生成的相關(guān)元素原子的結(jié)合能也在不斷增加，從而導(dǎo)致聚變反應(yīng)釋放的能量不斷減少。

    并且在更高的能量下內(nèi)核會(huì)發(fā)生光致蛻變以及電子俘獲過(guò)程，這都會(huì)導(dǎo)致內(nèi)核的能量降低并一般會(huì)加速核聚變反應(yīng)以保持平衡。這種重元素的不斷合成在鎳56處終止，這一聚變反應(yīng)中不再有能量釋放（但能夠通過(guò)放射性衰變產(chǎn)生鐵56）　這樣的結(jié)果導(dǎo)致了這個(gè)鎳鐵成分的內(nèi)核無(wú)法再產(chǎn)生任何能夠平衡星體自身引力的向外的輻射壓，而唯一能夠起到一定平衡作用的是內(nèi)核的電子簡(jiǎn)并壓力。

    如果恒星的質(zhì)量足夠大，則這個(gè)內(nèi)核的質(zhì)量最終將有可能超過(guò)錢(qián)德拉塞卡極限，這樣電子簡(jiǎn)并壓力也不足以平衡引力坍縮。最終在星體自身強(qiáng)大的引力作用下，內(nèi)核最內(nèi)層的原本將原子核彼此分開(kāi)的力也無(wú)法支撐，星體由此開(kāi)始?xì)缧缘奶s，并且此時(shí)已沒(méi)有任何聚變反應(yīng)能夠阻止坍縮的發(fā)生。

    內(nèi)核坍縮

    超新星內(nèi)核的坍縮速度可以達(dá)到每秒七萬(wàn)千米（約合023倍光速），這個(gè)當(dāng)原始恒星的質(zhì)量低于大約20倍太陽(yáng)質(zhì)量（取決于爆炸的強(qiáng)度以及爆炸后回落的物質(zhì)總量），坍縮后的剩余產(chǎn)物是一顆中子星；對(duì)于高于這個(gè)質(zhì)量的恒星，剩余質(zhì)量由于超過(guò)奧本海默沃爾科夫極限會(huì)繼續(xù)坍縮為一個(gè)黑洞（這種坍縮有可能是伽瑪射線(xiàn)暴的產(chǎn)生原因之一，并且伴隨著大量伽瑪射線(xiàn)的放出在理論上也有可能產(chǎn)生再一次的超新星爆發(fā)），理論上出現(xiàn)這種情形的上限大約為4050倍太陽(yáng)質(zhì)量。

    對(duì)于超過(guò)50倍太陽(yáng)質(zhì)量的恒星，一般認(rèn)為它們會(huì)跳過(guò)超新星爆發(fā)的過(guò)程而直接坍縮為黑洞，不過(guò)這個(gè)極限由于模型的復(fù)雜性計(jì)算起來(lái)相當(dāng)困難。

    但據(jù)最近的觀測(cè)顯示，質(zhì)量極高（140250倍太陽(yáng)質(zhì)量）并且所含重元素（相對(duì)氦元素而言）比例較低的恒星有可能形成不穩(wěn)定對(duì)超新星而不會(huì)留下黑洞遺跡。這類(lèi)相當(dāng)罕見(jiàn)的超新星的形成機(jī)制可能并不相同（而可能部分類(lèi)似于ia型超新星爆發(fā)），從而很可能不需要鐵核的存在。這類(lèi)超新星的典型代表是ii型超新星sn　2006gy，據(jù)估計(jì)它具有150倍太陽(yáng)質(zhì)量，對(duì)它的觀測(cè)表明如此巨大質(zhì)量恒星的爆炸與先前的理論預(yù)測(cè)有著基礎(chǔ)性的差異。

    過(guò)程會(huì)導(dǎo)致內(nèi)核的溫度和密度發(fā)生急劇增長(zhǎng)。內(nèi)核的這一能量損失過(guò)程終止于向外簡(jiǎn)并壓力與向內(nèi)引力的彼此平衡。在光致蛻變的作用下，γ射線(xiàn)將鐵原子分解為氦原子核并釋放中子，同時(shí)吸收能量；而質(zhì)子和電子則通過(guò)電子俘獲過(guò)程（不可逆β衰變）合并，產(chǎn)生中子和逃逸的中微子。

    在一顆典型的ii型超新星中，新生成的中子核的初始溫度可達(dá)一千億開(kāi)爾文，這是太陽(yáng)核心溫度的六千倍。如此高的熱量大部分都需要被釋放，以形成一顆穩(wěn)定的中子星，而這一過(guò)程能夠通過(guò)進(jìn)一步的中微子釋放來(lái)完成。這些“熱”中微子構(gòu)成了涵蓋所有味的中微子反中微子對(duì)，并且在數(shù)量上是通過(guò)電子俘獲形成的中微子的好幾倍。

    大約1046焦耳的引力能量——約占星體剩余質(zhì)量的10——會(huì)轉(zhuǎn)化成持續(xù)時(shí)間約10秒的中微子暴，這是這場(chǎng)事件的主要產(chǎn)物　。中微子暴會(huì)帶走內(nèi)核的能量并加速坍縮過(guò)程，而某些中微子則還有可能被恒星的外層物質(zhì)吸收，為其后的超新星爆發(fā)提供能量。

    內(nèi)核最終會(huì)坍縮為一個(gè)直徑約為30千米的球體，而它的密度則與一個(gè)原子核的密度相當(dāng)，其后坍縮會(huì)因核子間的強(qiáng)相互作用以及中子簡(jiǎn)并壓力突然終止。向內(nèi)坍縮的物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)由于突然被停止，物質(zhì)會(huì)發(fā)生一定程度的反彈，由此會(huì)激發(fā)出向外傳播的激波。計(jì)算機(jī)模擬的結(jié)果指出這種向外擴(kuò)散的激波并不是導(dǎo)致超新星爆發(fā)的直接原因；實(shí)際上在內(nèi)核的外層區(qū)域由于重元素的解體導(dǎo)致的能量消耗，激波存在的時(shí)間只有毫秒量級(jí)　。

    這就需要存在一種尚未了解的過(guò)程，能夠使內(nèi)核的外層區(qū)域重新獲得大約1044焦耳的能量，從而形成可見(jiàn)的爆發(fā)。當(dāng)前的相關(guān)研究主要集中在對(duì)于作為這一過(guò)程基礎(chǔ)的中微子重新升溫、自旋和磁場(chǎng)效應(yīng)的組合研究。

    由于氫光譜中的巴耳末吸收線(xiàn)的存在，ii型超新星的光度曲線(xiàn)特征明顯與i型超新星的光度曲線(xiàn)相比，ii型超新星的光度曲線(xiàn)平均每天降低0008等，較前者要低很多。

    按照光度曲線(xiàn)的特征，ii型超新星可分為兩個(gè)子類(lèi)，一類(lèi)在光度曲線(xiàn)上有一個(gè)平坦的高原區(qū)（iip型），另一類(lèi)的光度曲線(xiàn)則只存在線(xiàn)性衰減（iil型）。

    如此iil型超新星的總體衰減率為每天0012等，高于iip型超新星的每天00075等。對(duì)于iil型超新星而言，產(chǎn)生這種差別的原因是在原始恒星中的大部分氫元素外層都被拋射出了。

    iip型超新星的光度曲線(xiàn)中的高原區(qū)是由于其外層不透明度的變化。爆炸中產(chǎn)生的激波電離了外層中的氫原子，阻止了內(nèi)部爆炸產(chǎn)生的光子透過(guò)外層逸出，從而顯著提高了外層的不透明度。當(dāng)外層的氫離子冷卻后重新組合成原子，外層區(qū)域的透明度又會(huì)回升。

    在ii型超新星光譜的諸多反常特性中，ii

    型超新星有可能誕生于噴射物與恒星周?chē)镔|(zhì)的相互作用，而iib型超新星則有可能是大質(zhì)量恒星在其伴星的潮汐力作用下失去了大多數(shù)（但不是部）的氫元素外層。隨著iib型超新星噴射物的膨脹，余下的氫元素外層很快會(huì)變得透光從而能夠展露出里面的內(nèi)層結(jié)構(gòu)。

    不對(duì)稱(chēng)性

    長(zhǎng)久以來(lái)一個(gè)圍繞著超新星研究的謎團(tuán)是，如何解釋爆炸后產(chǎn)生的剩余致密物質(zhì)相對(duì)內(nèi)核會(huì)有一個(gè)如此高的速度　。（已經(jīng)觀測(cè)到作為中子星的脈沖星具有很高的速度，理論上黑洞也會(huì)有很高的速度，但當(dāng)前還很難通過(guò)孤立的觀測(cè)來(lái)證實(shí)。）

    不管怎樣，能夠推動(dòng)物質(zhì)產(chǎn)生如此速度的作用力應(yīng)該相當(dāng)可觀，因?yàn)樗軌蚴挂粋€(gè)質(zhì)量大于太陽(yáng)的物體產(chǎn)生500千米/秒甚至以上的速度。有些解釋認(rèn)為，這種推動(dòng)力包含了星體坍縮時(shí)的對(duì)流和中子星形成時(shí)產(chǎn)生的噴流。

    這張由x射線(xiàn)和可見(jiàn)光的合成圖描述了從蟹狀星云核心區(qū)域發(fā)出的電磁輻射。從中心附近的脈沖星所釋放的粒子速度可接近光速。這顆中子星的速度約為375千米/秒具體而言，這種內(nèi)核上方產(chǎn)生的大尺度對(duì)流能夠造成局部的元素豐度變化，從而在坍縮期間導(dǎo)致不均衡分布的核反應(yīng)，經(jīng)反彈后產(chǎn)生爆炸。

    而噴流解釋則認(rèn)為，中心的中子星對(duì)氣體的吸積作用會(huì)形成吸積盤(pán)，并產(chǎn)生高度方向性的噴流，從而將物質(zhì)以很高的速度噴射出去，同時(shí)產(chǎn)生橫向的激波徹底摧毀星體。這些噴流可能是導(dǎo)致超新星爆發(fā)的重要因素。（一個(gè)類(lèi)似的模型也被用來(lái)解釋長(zhǎng)伽瑪射線(xiàn)暴的產(chǎn)生。）

    不過(guò)隨著時(shí)間的推移這種爆炸會(huì)變得更為對(duì)稱(chēng)。通過(guò)對(duì)初始狀態(tài)的出射光的偏振進(jìn)行測(cè)量，這種不對(duì)稱(chēng)性就可以被探測(cè)到。

    ia型核坍縮

    由于ib、ic以及多種ii型超新星具有類(lèi)似的機(jī)制模型，它們被統(tǒng)稱(chēng)為核坍縮超新星。而ia型超新星與核坍縮超新星的基本區(qū)別在于在光度曲線(xiàn)峰值附近所釋放的輻射的能量來(lái)源。核坍縮超新星的原始恒星都具有延伸的外層，并且這種外層達(dá)到一定透明度所需的膨脹量較小。光度曲線(xiàn)峰值處的光輻射所需的大部分能量都來(lái)自于加熱并噴射外層物質(zhì)的激波。

    推薦都市大神老施新書(shū):

    。