一颗有足够能量摧毁太阳10万次的超新星是如何诞生的?

2020-07-21 10:15 来源:新浪科技

新浪科技新闻北京时间7月21日,据国外媒体报道,超新星是宇宙中最强的超新星爆炸,其亮度是典型超新星的10到100倍。这种能量足以彻底毁灭我们的太阳100,000次,或者足以供应我们现在的世界在未来1000亿年的总能量消耗。

然而,尽管极端超新星的威力是毫无疑问的,但它们极其罕见。在过去几十年完成的宇宙调查中,天文学家只观察到几十个例子。很少有人知道极端超新星的存在,甚至天文学家也很难对它们进行分类:有时它们被称为“极端超新星”,有时它们被称为“超亮超新星”,有时它们被分类为常规超新星的不同子类。由于信息有限,天文学家甚至无法理解它们是如何形成的,以及是什么让它们的能量如此巨大。

以下是天文学家思考和推测极端超新星形成的一些方法。

  黑洞

当大质量恒星死亡时,它们通常会随着剧烈的爆炸而消失。在生命的最后几分钟,会形成致密的铁和镍核。与较轻的元素不同,铁的熔化消耗能量而不是释放能量。因为没有能量来支撑恒星自身大气的巨大重量,恒星灾难性地坍塌了。

然而,在这颗恒星生命的最后一刻,它扁平的核心变成了一个几乎完全由中子组成的球,它短暂地停止坍缩并引发了巨大的反弹,然后发生了一次壮观的爆炸,这被称为超新星爆炸。

有时,残余的核心会存活下来,并像中子星一样,过渡到一个安静和永恒的退休状态。但是当一颗恒星的质量是太阳的40倍或更多时,由中子组成的致密球体就无法抵抗巨大的重力挤压,甚至没有机会抵抗。在其他时候,对于较小的恒星,如果条件合适,在最初的爆炸后,将有足够的物质坍缩成新的中子星。

在后两种情况下,中子星自我折叠,没有什么能阻止重力做它最擅长的事情:使物体变小。于是,不可抗拒的终极引力源出现了:黑洞诞生了。

如果这颗恒星快速旋转,电和磁效应将变得越来越强烈,同时无数吨的物质旋转并流入新的黑洞,为物质喷射创造合适的条件。这些物质以接近光速的速度从黑洞中喷出。然后,这些喷流将与最初爆炸中产生的所有抛射体猛烈碰撞,并在猛烈爆炸中重新点燃它们,从而形成我们在天空中看到的一些极端超新星。

  极超新星与伽马射线

尽管黑洞模型可以解释一些极端超新星的行为,但它不能解释所有现象。这些巨大爆炸的另一个潜在来源可能是恒星本身的核心。

在巨星的核心,元素融合并以辐射的形式释放能量。这种辐射推动周围的气体,并支持它免受重力坍缩。所有这些都是完美的,它可以让恒星运行数百万甚至数十亿年。但是你知道电子是如何与它的反粒子,即正电子结合,并释放出纯能量的吗?这是一种伽马射线形式的高能辐射。事实上,这个过程很容易依次发生:如果有高能伽马射线,有一天它会自发地变成一对粒子,即一个电子和一个正电子。

因此,在恒星核心的“熔炉”中,这种粒子的“成对产生”总是会发生。电子和正电子将很快找到彼此,并再次成为辐射,保持恒星的平衡。然而,如果这个循环失去平衡,哪怕是一点点,也会形成太多的粒子对。如果发生这种情况,在粒子再次变成伽马射线之前,恒星将无法维持很短的时间。

一瞬间,一颗比太阳大几十倍的恒星坍塌,在超新星爆炸中释放出比正常情况下多得多的能量,导致了超新星爆炸。

  相邻恒星爆发

有时候星星会自己死去,就像上面的例子一样。然而,有时星星会在“朋友”的注视下死去,事情很快变得很糟糕。当一对恒星中的一个爆炸并离开中子星时,它的恒星“兄弟”也会被激发,引起剧烈的爆炸。

在其他情况下,如果条件合适,一颗正在爆炸的恒星会向它的中子星邻居倾倒足够的物质,从而导致失控的核反应。这与 A型超新星的爆炸过程相同,但规模扩大了。换句话说,这是一颗非常超新星。

目前,天文学家不确定哪种机制是最常见的,但无论大自然如何创造这些壮观的事件,它都将是天文学中最迷人的话题之一。(任何一天)