超新星爆发的原理是什么?

如题所述

宇宙奇观:超新星爆发

大多数时候,每天我们抬头看向天空时,总是亘古不变的太阳、月亮和星辰。除了太阳和月亮以及几大行星之外,如果你不仔细看,很难能看出这些“亮点”是会缓慢移动的。似乎星空就是这样,一直不曾改变。

但事实并非如此,如果你运气好,生活在正好有超新星爆发的年代,那在超新星爆发的那些日子里,你很有可能会看到天空中一个很明显的光点,甚至在白天也能看到的清清楚楚。

在《宋史·仁宗本纪》就记载这这么一句话:

嘉祐元年三月辛未,司天监言:自至和元年五月,客星晨出东方,守天关,至是没。

其中这里的1056年4月5日到1054年7月4日,司天监观测到了一颗客星,在这里指的就是超新星。

我们现在还能看到那次超新星爆炸遗留下来的蟹状星云。

在历史上,关于超新星爆发的记载就有非常的多。不过,这些超新星爆发的位置都距离我们较远,因此,我们不能感受到它具体有多恐怖。根据目前的观测、模型和理论推算,如果太阳的位置发生一起超新星爆发,最亮时达到太阳亮度的几十亿倍都有可能。当然如果真的发生了,地球基本上也就没了。所以,超新星爆发产生的能量是惊人的,亮度常常能够比拟一个星系。那这可怕的现象到底是如何产生的呢?

超新星爆炸的原理

实际上,超新星爆炸一般分两种情况:

热核爆炸

核坍缩

那这两种情况是咋回事呢?

其实我们可以从“粒子”的角度来看,宇宙大爆炸之初,随着温度逐渐下降,物质粒子逐渐产生,其中氢原子和氦原子在宇宙中是最多的。宇宙中各种天体其实都是有原子构成的,尤其是各种恒星,它们主要都是氢原子和氦原子在引力的作用下聚合在一起。

这时候,我们就要注意了,一般来说原子并不会整整齐齐地排列,而是十分好动的。

由于恒星自身的质量特别大,就导致恒星内核的温度特别高,压强特别大。就拿太阳来说吧,内核的温度就达到了1500万度。这样高的温度,使得原子自身的形态都保持不住了,电子和原子核开始放飞自我,各玩各的,所以恒星内核是没有完整的原子结构的,我们把这种状态叫做:等离子态。

这个时候就会出现一个问题,恒星内部大多都是氢,所以此时恒星内部应该是氢原子核和电子的海洋。氢原子核说白了就是质子,因此,恒星内核更类似于质子和电子的海洋。而质子和质子就会有一定地概率撞到一起,当条件足够时,就有可能会发生核反应,点燃恒星,当恒星被点燃,也就进入了主序星。

要注意的是,如果我们把恒星看成一个火炉,那这个火炉的燃料就是氢原子核(质子),而残余的炉渣就是氦原子核。其中四个质子发生核反应形成一个氦原子核,这个氦原子核是由两个质子和两个中子构成的。

然后,如果恒星的质量足够大,当核心所有的燃料都烧完后,恒星会通过自身的引力给自己换个档位,在这个过程中就会发生氦闪。

说白了就是让核心温度升高,换完挡之后,燃料就成了氦原子核,而炉渣就是碳原子核和氧原子核。

如果氦也烧完了,按理说就应该开始烧碳原子核或者氧原子核。可问题时,有的时候恒星质量不够,引力产生的温度不足以让碳原子核发生核聚变,这时也就换挡失败了。但是,也不是没有转机的。像太阳系这样,只有单一恒星的系统在宇宙中是少数,更多的是双星系统甚至三星系统。

一般在双星系统中,质量更大的恒星都比较着急,烧得都比较快,当烧到碳烧不动时,就会变成一颗白矮星。接着,另外一颗恒星也会慢慢烧完氢,然后变成一颗红巨星。这时候白矮星就有可能通过引力开始吃这颗红巨星。

这一次吃,白矮星的质量就会上升,就有可能达到触发碳核聚变反应的条件,这时候燃料就是碳,而炉渣则是原子序数更大的元素,比如:氧、氖、镁、硅等。

这个过程非常快,在毫秒级就完成了,所以这就好比大规模爆炸一下,一下子就全炸了,也就是热核爆炸,恒星会把自身的物质都抛洒到太空当中,什么也不剩下,这就是Ia型超新星,这个过程也叫做碳闪。

热核爆炸属于质量中不溜时候的情况,还有一种情况是恒星自身质量超级大,它还能通过引力继续把碳点着。所以,此时燃料是碳,炉渣是各种原子序数更大的元素。接近着,引力还会继续促发原子序数更大的硅发生核聚变反应。

此时,由于内核温度实在太高,导致外层的温度也很高,于是,恒星的每个层都在发生不同的核聚变反应,炉渣也各不相同,整个恒星看起来特别臃肿。

而最终核心的炉渣主要就是铁原子核,那铁原子核还能继续核聚变么?

实际上,铁原子核是十分稳定的,要让它发生核聚变需要巨大的能量输入,而生成的能量其实比没有输入的多。所以,铁原子核很难发生核反应。

但有些恒星就是这样引力特别大,于是继续挤压内核,直到核坍缩,光子都被压到铁原子核内部,直接把铁原子核击碎,产生自由的质子和中子,质子和电子反应生成中子和中微子,同时整个内核聚会炸开,这样就是IIa型超新星。

这种类型的超新星威力巨大无比,就是上文所说的,常常亮度可以堪比整个星系的水平。在超新星爆炸过程中,物质也会被抛洒到太空当中。内核向内收缩,形成一个中子星或者黑洞。

关于超新星爆炸的原理,我们就说到这里。

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第1个回答  2020-11-08
目前比较认可的观点是:恒星从中心开始冷却,它没有足够的热量平衡中心引力,结构上的失衡就使整个星体向中心坍缩,造成外部冷却,而红色的层面变热。如果恒星足够大,这些层面就会发生剧烈的爆炸,产生超新星。
第2个回答  2020-11-07
超新星爆发就是对于大质量的恒星,如比太阳质量大8~20倍的恒星,由于质量过大,到后期星核和星壳彻底分离的时候,就会大爆炸。
第3个回答  2020-11-09
关于超新星,人们已经发现了很多,但对其爆炸的原因,还只是处于猜测、设想阶段。
目前一种较有说服力的观点是:恒星从中心开始冷却,它没有足够的热量平衡中心引力,结构上的失衡就使整个星体向中心坍缩,造成外部冷却,而红色的层面变热。如果恒星足够大,这些层面就会发生剧烈的爆炸,产生超新星。
第4个回答  2021-06-04
年轻的恒星,能量储备巨大,常常有耀斑发生,也会轻易把几年之内出现的阻燃物质(黑子)给轻易融化抛开,形成恒星灰或小流星体。暮年恒星由于能量的减少,可燃物质再也没有能力把堆积的阻燃物质包裹着星体外壳推开,由于星体外壳但的包裹,内部热量散发不出去,星体内部温度不断升高,当温度达到临界点的时候,原子核物质急剧聚拢,原子外电子外喷,促使恒星体爆炸,原子核物质急剧聚拢形成中子星脉冲星,中子星脉冲星诞生初期继续脉冲星体内部电子,也就有了中子星脉冲星体电子现象出现,这个时候他们也有了吞噬吸纳排斥物质的能力,但是这个时候他们很少遇到可以吞噬的物质,当中子星脉冲星体脉冲完毕体内电子之后,黑洞星体诞生了,从此他也就隐身了,直到有天他开始吞噬物质的时候,我们才能再次看到他们的身影。
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