恒星自我坍塌后会向外膨胀爆炸吗

恒星自我坍塌后会向外膨胀爆炸吗
超新星会裂解消亡吗
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理论而言,质量介于太阳的8~25倍之间的恒星会在一场超新星爆炸中结束自己的生命.当这颗恒星耗尽所有可用的燃料,它就会突然失去一直支撑自身重量的压力,它的核心坍缩成为一颗中子星——一颗毫无生气的超致密残骸,外侧的气体包层则会以5%的光速抛射出去
当恒星爆发时的绝对光度超过太阳光度的100亿倍、中心温度可达100亿摄氏度,新星爆发时光度的10万倍时,就被天文学家称为超新星爆发了.
一颗超新星在爆发时输出的能量可高达(10)^43焦,这几乎相当于我们的太阳在它长达100亿年的主序星阶段输出能量的总和.超新星爆发时,抛射物质的速度可达10000千米/秒,光度最大时超新星的直径可大到相当于太阳系的直径.1970年观测到的一颗超新星,在爆发后的30天中直径以5000千米/秒的速度膨胀,最大时达到3倍太阳系直径.在这之后直径又开始收缩.(数字不准)
根据现在的认识,超新星爆发事件就是一颗大质量恒星的“暴死”.对于大质量的恒星,如质量相当于太阳质量的8~20倍的恒星,由于质量的巨大,在它们演化的后期,星核和星壳彻底分离的时候,往往要伴随着一次超级规模的大爆炸.这种爆炸就是超新星爆发.现已证明,1572年和1604年的新星都属于超新星.在银河系和许多河外星系中都已经观测到了超新星,总数达到数百颗.可是在历史上,人们用肉眼直接观测到并记录下来的超新星,却只有6颗.
超新星内核的坍缩速度可以达到每秒七万千米（约合0.23倍光速）[60],这个当原始恒星的质量低于大约20倍太阳质量（取决于爆炸的强度以及爆炸后回落的物质总量）,坍缩后的剩余产物是一颗中子星[60]；对于高于这个质量的恒星,剩余质量由于超过奥本海默-沃尔科夫极限会继续坍缩为一个黑洞[67]（这种坍缩有可能是伽玛射线暴的产生原因之一,并且伴随着大量伽玛射线的放出在理论上也有可能产生再一次的超新星爆发）[68],理论上出现这种情形的上限大约为40-50倍太阳质量.
对于超过50倍太阳质量的恒星,一般认为它们会跳过超新星爆发的过程而直接坍缩为黑洞[69],不过这个极限由于模型的复杂性计算起来相当困难.但据最近的观测显示,质量极高（140-250倍太阳质量）并且所含重元素（相对氦元素而言）比例较低的恒星有可能形成不稳定对超新星而不会留下黑洞遗迹.这类相当罕见的超新星的形成机制可能并不相同（而可能部分类似于Ia型超新星爆发）,从而很可能不需要铁核的存在[70][71].这类超新星的典型代表是II型超新星SN 2006gy,据估计它具有150倍太阳质量,对它的观测表明如此巨大质量恒星的爆炸与先前的理论预测有着基础性的差异[70][72].
过程会导致内核的温度和密度发生急剧增长.内核的这一能量损失过程终止于向外简并压力与向内引力的彼此平衡.在光致蜕变的作用下,γ射线将铁原子分解为氦原子核并释放中子,同时吸收能量；而质子和电子则通过电子俘获过程（不可逆β衰变）合并,产生中子和逃逸的中微子.
在一颗典型的II型超新星中,新生成的中子核的初始温度可达一千亿开尔文,这是太阳核心温度的六千倍.如此高的热量大部分都需要被释放,以形成一颗稳定的中子星,而这一过程能够通过进一步的中微子释放来完成[61].这些“热”中微子构成了涵盖所有味的中微子-反中微子对,并且在数量上是通过电子俘获形成的中微子的好几倍[62].大约1046焦耳的引力能量——约占星体剩余质量的10%——会转化成持续时间约10秒的中微子暴,这是这场事件的主要产物[57][63] .中微子暴会带走内核的能量并加速坍缩过程,而某些中微子则还有可能被恒星的外层物质吸收,为其后的超新星爆发提供能量[64].
内核最终会坍缩为一个直径约为30千米的球体[57],而它的密度则与一个原子核的密度相当,其后坍缩会因核子间的强相互作用以及中子简并压力突然终止.向内坍缩的物质的运动由于突然被停止,物质会发生一定程度的反弹,由此会激发出向外传播的激波.计算机模拟的结果指出这种向外扩散的激波并不是导致超新星爆发的直接原因[57]；实际上在内核的外层区域由于重元素的解体导致的能量消耗,激波存在的时间只有毫秒量级[65] .这就需要存在一种尚未了解的过程,能够使内核的外层区域重新获得大约1044焦耳[nb 3]的能量,从而形成可见的爆发[66].当前的相关研究主要集中在对于作为这一过程基础的中微子重新升温、自旋和磁场效应的组合研究