什么是超新星？ _超新星

仙后座是一颗超新星遗迹(图片来源:美国宇航局/能源部/费米实验室合作，CXC/SAO/JPL-加州理工学院/Steward/O. Krause等人，以及NRAO/AUI)
据美国太空网（Andrea Thompson）：超新星是当一颗恒星到达其生命的尽头并爆发出耀眼的光芒时发生的事情。
超新星可能会短暂地超越整个星系，辐射出比我们的太阳一生还多的能量。它们也是宇宙中重元素的主要来源。根据美国宇航局的说法，超新星是“太空中发生的最大爆炸”
一颗名为SN 2023ixf的新超新星自2023年5月19日首次出现以来一直占据头条，当时来自日本山形的超新星猎人Koichi Itagaki在风车星系中发现了一个新亮点。第二天，这颗超新星被加利福尼亚州的兹维基瞬态研究中心(ZTF)证实了。
早在17世纪望远镜发明之前，各种文明就记录了超新星。有记录的最古老的超新星是RCW 86，它是中国天文学家在公元185年发现的。据美国宇航局称，他们的记录显示，这颗“客星”在天空中停留了8个月。
蟹状星云，可以说是最著名的超新星，最早是由中国和韩国的天文学家发现的，他们在1054年的记录中记录了这次恒星爆炸。根据在亚利桑那州和新墨西哥州发现的岩画，美洲原住民可能也看到了它。形成蟹状星云的超新星如此明亮，以至于早期的天文学家在白天也能看到它。
在望远镜发明之前观察到的其他超新星发生在393年、1006年、1181年、1572年(由著名天文学家第谷·布拉尼研究)和1604年。布拉赫在他的书《新星斯特拉》中记录了他对这颗“新星”的观察，新星的名字由此而来。
“超新星”一词是由沃尔特·巴德和弗里茨·兹维基在威尔逊山天文台首次使用的，他们用它来描述他们观察到的一个爆炸事件，称为仙女座S(也称为SN 1885A)，位于仙女座星系。科学家认为超新星是在普通恒星坍缩成中子星时产生的。
专家解答的超新星常见问题
我们向西北大学物理学研究生Huei Sears询问了一些关于超新星的常见问题。
休伊·西尔斯博士生
Huei Sears是西北大学六年级物理学博士候选人。她的研究是关于125亿年前长伽马射线爆发(grb)的宿主星系。长伽玛射线暴被认为来自最大质量恒星的死亡，因此她试图描述它们的宿主星系，看看伽玛射线暴能告诉我们关于大质量恒星的什么。
什么是超新星？
超新星是大质量恒星的爆炸。有许多不同类型的超新星，但它们可以大致分为两种主要类型:热核逃逸或核心坍缩。第一种类型发生在双星系统中，其中至少有一颗恒星是白矮星，它们通常被称为Ia SNe类型。第二种类型发生在质量大于我们太阳8倍的恒星自身坍缩并爆炸的时候。每种SNe都有许多不同的亚型，每一种都是根据光谱中的元素来分类的。
超新星爆发后会发生什么？
超新星爆发后，会发生一些不同的事情。有时爆炸的恒星会部分坍缩成黑洞或中子星，其余的质量会转化成能量或被爆炸的力量吹走。这种被吹走的物质有时被称为“超新星遗迹”，这是一种星云。
有时，如果爆炸的恒星质量非常大，在超新星爆发期间，也会发生长时间的伽马射线爆发！一些脱落的物质将围绕着产生的黑洞或中子星旋转，然后以接近光速的速度通过喷流送出。因为物质移动如此之快，它可以以非常高的伽马射线能量发射光子——这就是伽马射线爆发！
什么标志着超新星的开始？
在Ia型超新星中，当双星中的白矮星吸积了太多质量(超过我们太阳质量的1.44倍)时，就会发生超新星爆发过程。爆炸的确切原因仍然是一个活跃的研究领域，但许多人认为额外的质量使白矮星的核心升温，导致恒星内部的压力和能量过大，不再能够支撑，恒星发生了剧烈的爆炸。
在核心坍缩型超新星中，当恒星的核心开始将硅融合成铁时，就标志着超新星的开始。通常，当元素融合成更重的元素时，会释放出能量，这种能量是阻止恒星自身坠落的原因。然而，铁是一种特殊的元素，因为它需要吸收能量才能融合成其他东西。一旦恒星开始炼铁，铁开始吸收能量，恒星开始向自身坠落。恒星很快(~1s)坍缩，一旦核心达到临界密度，引力被核力压倒，核力变得排斥，物质被猛烈地向外抛出。
当恒星死亡时
根据欧洲航天局的研究，在银河系大小的星系中，平均每50年就会发生一次超新星爆发。根据美国能源部的说法，这意味着宇宙中每10秒左右就会有一颗恒星爆炸。
大约1000万年前，一群超新星创造了“本地气泡”，这是一个300光年长的花生状气泡，位于我们太阳系周围的星际介质中。
恒星死亡的确切方式部分取决于它的质量。例如，我们的太阳没有足够的质量爆炸成为超新星。(尽管对地球来说消息仍然不好，因为一旦太阳耗尽了它的核燃料，也许在几十亿年后，它将膨胀成一颗红巨星，可能会蒸发我们的世界，然后逐渐冷却成白矮星。)但是如果质量合适，恒星可以在猛烈的爆炸中燃尽。
超新星的类型
恒星会以两种方式变成超新星:
I型超新星:一颗恒星积累来自附近邻居的物质，直到失控的核反应点燃。
II型超新星:恒星耗尽核燃料，在自身引力下坍缩。

哈勃太空望远镜捕捉到了蟹状星云最详细的图像，这是太空天文台有史以来最大的图像之一。(图片鸣谢:NASA/ESA和Jeff Hester(亚利桑那州立大学) 。)
II型超新星
我们先来看看更刺激的II型。对于一颗爆发为II型超新星的恒星来说，它的质量必须是太阳的好几倍(估计有8到15个太阳质量) 。像太阳一样，它最终会耗尽氢，然后耗尽其核心的氦燃料。然而，它将有足够的质量和压力来熔化碳。
接下来，较重的元素逐渐在中心聚集，恒星形成洋葱状的物质层，元素向恒星外部逐渐变轻。一旦恒星的核心超过一定的质量(称为钱德拉塞卡极限)，它就开始内爆。因此，这些II型超新星也被称为核心坍缩超新星。
最终，内爆从核心反弹回来，将恒星物质驱逐到太空中，形成了超新星。剩下的是一个被称为中子星的超密度物体，一个城市大小的物体，在一个小空间里包装了太阳的质量。
II型超新星亚类是根据它们的光变曲线进行分类的，光变曲线描述了光的强度如何随时间变化。爆炸后，II-L型超新星的光逐渐减弱，而II-P型超新星的光在减弱前保持稳定的时间较长。两种类型的光谱中都有氢的特征。
天文学家认为，比太阳质量大得多的恒星(大约20到30个太阳质量)可能不会爆炸成为超新星。相反，它们坍缩形成黑洞。

这张钱德拉X射线照片展示了仙后座A(简称Cas A)，它是银河系中最年轻的超新星遗迹。(图片来源:美国国家航空航天局/CXC大学/麻省理工学院/马萨诸塞大学阿姆赫斯特分校/M.D.Stage等)
I型超新星
I型超新星的光谱中缺乏氢信号，通常被认为是来自一个紧密的双星系统中的白矮星。随着伴星的气体积累到白矮星上，白矮星被逐渐压缩，最终引发内部失控的核反应，最终导致灾难性的超新星爆发。
天文学家使用Ia型超新星作为“标准蜡烛”来测量宇宙距离，因为人们认为它们在顶峰时亮度相等。
Ib和Ic型超新星也像II型超新星一样经历核心坍缩，但它们失去了大部分外部氢层。2014年，科学家们探测到了一颗暗淡、难以定位的Ib型超新星的伴星。这项研究耗时二十年，因为伴星的亮度比明亮的超新星弱得多。
观看超新星
最近的研究发现，超新星像巨型扬声器一样振动，并在爆炸前发出可听见的嗡嗡声。
2008年，科学家首次捕捉到一颗正在爆炸的超新星。天文学家艾丽西娅·索德伯格在盯着电脑屏幕时，预计会看到一颗一个月大的超新星的发光斑点。但是她和她的同事看到的却是一个奇怪的、极其明亮的、持续五分钟的X射线爆发。
通过这一观察，他们成为第一批捕捉到恒星爆炸过程的天文学家。这颗新超新星被命名为SN 2008D 。进一步的研究表明这颗超新星有一些不寻常的特性。
帕多瓦天文台和马普天体物理研究所的意大利天体物理学家保罗·马扎利在2008年的一次采访中告诉Space.com，“我们的观察和建模表明，这是一个相当不寻常的事件，可以从位于正常超新星和伽马射线爆发之间的物体的角度更好地理解。” 。
最近，天文学家对在风车星系中新发现的一颗超新星感到兴奋。这颗新的超新星被命名为SN 2023ixf，距离地球约2100万光年，吸引了世界各地专业和业余天文学家的注意，他们将望远镜和相机转向这个地方，观察这种有点罕见的现象。