“小夢，你有沒有聽說過不對稱性？關于超新星的。”　華楓在早飯后問起云夢。

    看著云夢有些迷惑，華楓隨即解釋起來。一上午的時間就在這樣的問答中很快過去。

    他知道質量不小于九倍太陽質量的大質量恒星具有相當復雜的演化風格。在恒星內核中的氫元素不斷地通過核聚變產生氦元素，其中釋放的能量會產生向外的輻射壓，從而保證了內核的流體靜力學平衡而避免恒星自身巨大的引力導致的坍縮。

    而當恒星內核的氫元素消耗殆盡而無法再產生足夠的輻射壓來平衡引力時，內核的坍縮開始，這期間會使內核的溫度和壓力急劇升高并能夠將氦元素點燃。由此恒星內核的氦元素開始聚變為碳元素，并能夠產生相當的輻射壓來中止坍縮。

    這使得內核膨脹并稍微冷卻，此時的內核具有一個氫聚變的外層和一個更高溫高壓的氦聚變的中心。（其他元素如鎂、硫、鈣也會產生并在某些情形下在后續反應中燃燒。）

    上述的過程會反復幾次，每一次的內核坍縮都會由下一個更重的元素的聚變過程而中止，并不斷地產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構，越靠近外層的元素越容易發生聚變反應。每一層都依靠著其內部下一層的聚變反應所產生的熱能和輻射壓力來中止坍縮，直到這一層的聚變燃料消耗殆盡；并且每一層都比其外部一層的溫度更高、燃燒更快——從硅到鎳的燃燒過程只需要一天或幾天左右的時間。

    在這樣過程的后期，不斷增加的重元素參與了核聚變，而生成的相關元素原子的結合能也在不斷增加，從而導致聚變反應釋放的能量不斷減少。

    并且在更高的能量下內核會發生光致蛻變以及電子俘獲過程，這都會導致內核的能量降低并一般會加速核聚變反應以保持平衡。這種重元素的不斷合成在鎳-56處終止，這一聚變反應中不再有能量釋放（但能夠通過放射性衰變產生鐵-56）  這樣的結果導致了這個鎳-鐵成分的內核無法再產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核的電子簡并壓力。

    如果恒星的質量足夠大，則這個內核的質量最終將有可能超過錢德拉塞卡極限，這樣電子簡并壓力也不足以平衡引力坍縮。最終在星體自身強大的引力作用下，內核最內層的原本將原子核彼此分開的力也無法支撐，星體由此開始毀滅性的坍縮，并且此時已沒有任何聚變反應能夠阻止坍縮的發生。

    內核坍縮：

    超新星內核的坍縮速度可以達到每秒七萬千米（約合0.23倍光速），這個當原始恒星的質量低于大約20倍太陽質量（取決于爆炸的強度以及爆炸后回落的物質總量），坍縮后的剩余產物是一顆中子星；對于高于這個質量的恒星，剩余質量由于超過奧本海默-沃爾科夫極限會繼續坍縮為一個黑洞（這種坍縮有可能是伽瑪射線暴的產生原因之一，并且伴隨著大量伽瑪射線的放出在理論上也有可能產生再一次的超新星爆發），理論上出現這種情形的上限大約為40-50倍太陽質量。

    對于超過50倍太陽質量的恒星，一般認為它們會跳過超新星爆發的過程而直接坍縮為黑洞，不過這個極限由于模型的復雜性計算起來相當困難。

    但據最近的觀測顯示，質量極高（140-250倍太陽質量）并且所含重元素（相對氦元素而言）比例較低的恒星有可能形成不穩定對超新星而不會留下黑洞遺跡。這類相當罕見的超新星的形成機制可能并不相同（而可能部分類似于Ia型超新星爆發），從而很可能不需要鐵核的存在。這類超新星的典型代表是II型超新星SN  2006gy，據估計它具有150倍太陽質量，對它的觀測表明如此巨大質量恒星的爆炸與先前的理論預測有著基礎性的差異。

    過程會導致內核的溫度和密度發生急劇增長。內核的這一能量損失過程終止于向外簡并壓力與向內引力的彼此平衡。在光致蛻變的作用下，γ射線將鐵原子分解為氦原子核并釋放中子，同時吸收能量；而質子和電子則通過電子俘獲過程（不可逆β衰變）合并，產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一千億開爾文，這是太陽核心溫度的六千倍。如此高的熱量大部分都需要被釋放，以形成一顆穩定的中子星，而這一過程能夠通過進一步的中微子釋放來完成。這些“熱”中微子構成了涵蓋所有味的中微子-反中微子對，并且在數量上是通過電子俘獲形成的中微子的好幾倍。

    大約1046焦耳的引力能量——約占星體剩余質量的10%——會轉化成持續時間約10秒的中微子暴，這是這場事件的主要產物  。中微子暴會帶走內核的能量并加速坍縮過程，而某些中微子則還有可能被恒星的外層物質吸收，為其后的超新星爆發提供能量。

    內核最終會坍縮為一個直徑約為30千米的球體，而它的密度則與一個原子核的密度相當，其后坍縮會因核子間的強相互作用以及中子簡并壓力突然終止。向內坍縮的物質的運動由于突然被停止，物質會發生一定程度的反彈，由此會激發出向外傳播的激波。計算機模擬的結果指出這種向外擴散的激波并不是導致超新星爆發的直接原因；實際上在內核的外層區域由于重元素的解體導致的能量消耗，激波存在的時間只有毫秒量級  。

    這就需要存在一種尚未了解的過程，能夠使內核的外層區域重新獲得大約1044焦耳的能量，從而形成可見的爆發。當前的相關研究主要集中在對于作為這一過程基礎的中微子重新升溫、自旋和磁場效應的組合研究。

    由于氫光譜中的巴耳末吸收線的存在，II型超新星的光度曲線特征明顯：與I型超新星的光度曲線相比，II型超新星的光度曲線平均每天降低0.008等，較前者要低很多。

    按照光度曲線的特征，II型超新星可分為兩個子類，一類在光度曲線上有一個平坦的高原區（II-P型），另一類的光度曲線則只存在線性衰減（II-L型）。

    如此II-L型超新星的總體衰減率為每天0.012等，高于II-P型超新星的每天0.0075等。對于II-L型超新星而言，產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。

    II-P型超新星的光度曲線中的高原區是由于其外層不透明度的變化。爆炸中產生的激波電離了外層中的氫原子，阻止了內部爆炸產生的光子透過外層逸出，從而顯著提高了外層的不透明度。當外層的氫離子冷卻后重新組合成原子，外層區域的透明度又會回升。

    在II型超新星光譜的諸多反常特性中，IIn型超新星有可能誕生于噴射物與恒星周圍物質的相互作用，而IIb型超新星則有可能是大質量恒星在其伴星的潮汐力作用下失去了大多數（但不是全部）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變得透光從而能夠展露出里面的內層結構。

    不對稱性：

    長久以來一個圍繞著超新星研究的謎團是，如何解釋爆炸后產生的剩余致密物質相對內核會有一個如此高的速度  。（已經觀測到作為中子星的脈沖星具有很高的速度，理論上黑洞也會有很高的速度，但當前還很難通過孤立的觀測來證實。）

    不管怎樣，能夠推動物質產生如此速度的作用力應該相當可觀，因為它能夠使一個質量大于太陽的物體產生500千米/秒甚至以上的速度。有些解釋認為，這種推動力包含了星體坍縮時的對流和中子星形成時產生的噴流。

    這張由X射線和可見光的合成圖描述了從蟹狀星云核心區域發出的電磁輻射。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，這種內核上方產生的大尺度對流能夠造成局部的元素豐度變化，從而在坍縮期間導致不均衡分布的核反應，經反彈后產生爆炸。

    而噴流解釋則認為，中心的中子星對氣體的吸積作用會形成吸積盤，并產生高度方向性的噴流，從而將物質以很高的速度噴射出去，同時產生橫向的激波徹底摧毀星體。這些噴流可能是導致超新星爆發的重要因素。（一個類似的模型也被用來解釋長伽瑪射線暴的產生。）

    不過隨著時間的推移這種爆炸會變得更為對稱。通過對初始狀態的出射光的偏振進行測量，這種不對稱性就可以被探測到。

    Ia型核坍縮：

    由于Ib、Ic以及多種II型超新星具有類似的機制模型，它們被統稱為核坍縮超新星。而Ia型超新星與核坍縮超新星的基本區別在于在光度曲線峰值附近所釋放的輻射的能量來源。核坍縮超新星的原始恒星都具有延伸的外層，并且這種外層達到一定透明度所需的膨脹量較小。光度曲線峰值處的光輻射所需的大部分能量都來自于加熱并噴射外層物質的激波。

【精彩東方文學 www.nuodawy.com】 提供武動乾坤等作品手打文字版最新章節首發，txt電子書格式免費下載歡迎注冊收藏。