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超新星
(恒星演化过程中的一个阶段)
超新星是某些恒星在演化接近末期时经历的一种剧烈爆炸。这种爆炸都极其明亮,过程中所突发的电磁辐射经常能够照亮其所在的整个星系,并可持续几周至几个月(一般最多是两个月)才会逐渐衰减变为不可见。在这段期间内一颗超新星所辐射的能量可以与太阳在其一生中辐射能量的总和相媲美。恒星通过爆炸会将其大部分甚至几乎所有物质以可高至十分之一光速的速度向外抛散,并向周围的星际物质辐射激波。这种激波会导致形成一个膨胀的气体和尘埃构成的壳状结构,这被称作超新星遗迹。
简介
根据认识,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,如质量大于8倍太阳质量的 恒星,由于质量巨大,在它们演化到后期时,当核心区硅聚变产物-铁-56积攒到一定程度时,往往会发生大规模的爆发。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。超新星的英文名称为supernova,nova在拉丁语中是“新”的意思,这表示它在天球上看上去是一颗新出现的亮星(其实原本即已存在,因亮度增加而被认为是新出现的);前缀super-是为了将超新星和一般的新星相区分,也表示了超新星具有更高的亮度,以及更稀少的分布和不同的形成机制。根据韦氏词典,supernova一词最早在1926年见于出版物中。已知存在的超新星有几种不同类型,但其形成机制都来自两种情形之一:通过核聚变产生能量的过程终止或突然启动。当一个衰老的大质量恒星核无法再通过热核反应产生能量时,它有可能会通过引力坍缩的过程坍缩为一个中子星或黑洞。引力坍缩所释放的引力势能会加热并驱散恒星的外层物质。另一种形成机制为一颗白矮星可能会从其伴星那里获取并积累物质(通常是通过吸积,少数通过合并)从而提升内核的温度,以至能够将碳元素点燃并由此导致热失控下的核聚变,最终将恒星完全摧毁。当质量超过钱德拉塞卡极限(约为1.44倍太阳质量)的恒星内部的核聚变炉无法提供足够的能量时,恒星将走向坍缩;而当吸积过程中的白矮星质量达到这一极限时它们将会质量过高而烧毁。需要注意的是,白矮星还会通过碳氮氧循环在其表面形成一种与上述有所不同的并且规模小很多的热核爆炸,这被称作新星。一般认为质量小于9倍太阳质量左右的恒星在经历引力坍缩的过程后是无法形成超新星的。 根据估算,在如银河系大小的星系中超新星爆发[2] 的概率约为50年一次,它们在为星际物质提供丰富的重元素中起到了重要作用。同时,超新星爆发产生的激波也会压缩附近的星际云,这是新的恒星诞生的重要启动机制。


本楼含有高级字体1楼2014-08-14 18:40回复
    形成原因

    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。大质量恒星爆炸时光度可突增到太阳光度的上百亿倍,相当于整个银河系的总光度。恒星爆发的结果:(1)恒星解体为一团向四周膨胀扩散的气体和尘埃的混合物,最后弥散为星际物质,结束恒星的演化史。(2)外层解体为向外膨胀的星云,中心遗留下部分物质坍缩为一颗高密度天体,从而进入恒星演化的晚期和终了阶段。中国古代天文学家观测到的1054年爆发的超新星(这颗超新星又被国际上命名为中国超新星)。在一个星系中,超新星是罕见的天象,但在星系世界内,每年却都能观测到几十颗。1987年2月23日,一位加拿大天文学家在大麦哲伦星云中发现了一颗超新星,这是自1604年以来第一颗用肉眼能看到的超新星,这颗超新星被命名为“1987A”。
    出现超新星爆发这样的宇宙级“暴力事件”概率有多大呢?虽然在每个星系中这一概率是很小的,但由于能观测到很多河外星系,所以在每年中都能观测到相当多的河外超新星事件。可是,从1604年以来,在我们银河系中还没有再次观测到超新星。这可能是因为宇宙尘埃的存在遮挡住了出现在银河系的某个角落中的超新星的光芒。

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    【历史】时间 方位 视亮度 观测、记录者
    185 半人马座 比金星亮 中国人
    369 仙后座 比木星亮 中国人
    1006 豺狼座 比金星亮 中国、日本、朝鲜、阿拉伯人
    1054 金牛座 比金星亮 中国、日本、阿拉伯、印度人
    1572 仙后座 与金星相同 布拉赫等
    1604 蛇夫座 介于天狼星和木星之间 中国人和开普勒、伽利略等


    本楼含有高级字体2楼2014-08-14 18:41
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      基本分类
      天文学家把超新星按它们光谱上的不同元素的吸收线来分成数个类型:
      超新星分类
      ●I型:没有氢吸收线A●Ia型:没有氢、氦吸收线,有硅吸收线●Ib型:没有氢吸收线,有氦吸收线●Ic型:没有氢、氦、硅吸收线●II型:有氢吸收线I型超新星Ia超新星 缺乏氢和氦,光谱的峰值中以游离硅的615.0纳米波长的光最为明显。Ib超新星 未游离的氦原子(He I)的587.6纳米,和没有强烈的硅615纳米吸收谱线。Ic超新星 没有或微弱的氦线,和没有强烈的硅615纳米吸收谱线。II型超新星II-P超新星在光度曲线上有一个“高原区”。II-L超新星 光度曲线(星等对时间的改变,或光度对时间呈指数变化)呈“线性”的衰减。如果一颗超新星的光谱不包含氢的吸收线,那它就会被归入I型,不然就是II型。一个类型可根据其他元素的吸收线再细分。天文家认为这些观测差别代表这些超新星不同的来源。他们对II型的来源理论满肯定,但是虽然天文有一些意见解释I型超新星发生的方法,这些意见比较不肯定。Ia型的超新星没有氦,但有硅。它们都是源于到达或接近钱德拉塞卡极限的白矮星的爆发。一个可能性是那白矮星是处于一个密近双星系统中,它不断地从它的巨型伴星吸收物质,直至它的质量到达钱德拉塞卡极限。那时候电子简并压力再不足以抵销星体本身的引力,塌缩的过程可以把剩下的碳原子和氧原子融合。而最后核融合反应所产生冲击波就把那星体炸成粉碎,这与新星产生的机制很相似,只是新星所对应的白矮星未达钱德拉塞卡极限,不会发生碳氧核反应,爆发所产生的能量是来自积聚在其表面上的氢或氦的融合反应。亮度的突然增加是由爆发中释放的能量所提供的,爆发以后亮度不会即时消失,而是会在一段长时间中慢慢地下降,那是因为放射性钴衰变成铁而放出能量。Ib超新星有氦的吸收线,而Ic超新星则没有氦和硅的吸收线,天文学家对它们产生的机制还是不太清楚。一般相信这些星都是正在结束它们的生命(如II型),但它们可能在之前(巨星阶段)已经失去了氢(Ic则连氦也失去了),所以它们的光谱中没有氢的吸收线。Ib超新星可能是沃尔夫-拉叶型恒星塌缩的结果。如果一颗恒星的质量很大,它本身的引力就可以把硅融合成铁。因为铁原子的比结合能已经是所有元素中最高的,把铁融合是不会释放能量,相反的能量反而会被消耗。当铁核心的质量到达钱德拉塞卡极限,它就会即时衰变成中子并塌缩,释放出大量携带着能量的中微子。中微子将爆发的一部份能量传到恒星的外层。当铁核心塌缩时候所产生的冲击波在数个小时后抵达恒星的表面时,亮度就会增加,这就是II型超新星爆发。而视乎核心的质量,它会成为中子星或黑洞。II型超新星也有一些小变型如II-P型和II-L型,但这些只是描述了光度曲线图的不同(II-P的曲线图有暂时性的平坦地区,II-L则无),爆发的基本原理没有太大差别。还有一类被称为“超超新星”的理论爆发现象。超超新星指一些质量极大恒星的核心直接塌缩成黑洞并产生了两股能量极大、近光速的喷流,发出强烈的伽傌射线。这有可能是导致伽玛射线暴的原因。I型超新星一般都比II型超新星亮。(下图)在一个大质量、演变的恒星(a)元素成洋葱的壳层状进行融合,形成铁芯(b)并且达到钱德拉塞卡质量和开始塌缩。核心的内部被压缩形成中子(c),造成崩落的物质反弹(d)和形成向外传播的冲击波(红色)。冲积波开始失去作用(e),但是中微子的加入使交互作用恢复活力。周围的物质被驱散(f),留下的只有被简并的残骸。


      5楼2014-08-21 20:02
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        恒星演化
        超新星遗迹大麦哲伦星云内位于成群的气体和尘埃中的超新星遗迹N 63A超新星爆发后的遗迹包括一个中央的致密星体和因激波而快速向外扩散的物质。这些物质在快速膨胀的状态下扫过周围的星际物质,这种状态能够持续长达两个世纪。其后它们将经历一个绝热膨胀的过程,进而再用一万年左右的时间逐渐冷却并与周围的星际物质混合。
        根据天文学中的标准理论,大爆炸产生了氢和氦,可能还有少量锂;而其他所有元素都是在恒星和超新星中合成的。超新星爆发令它周围的星际物质充满了金属(对于天文学家来说,金属就是比氦重的所有元素,与化学中的概念不同)。这些合成的金属丰富了形成恒星的分子云的元素构成,所以每一代的恒星(及行星系)的组成成分都有所不同,由纯氢、氦组成到充满金属的组成。超新星是宇宙间将恒星核聚变中生成的较重元素重新分布的主要机制,不同元素的所有的分量对于一颗恒星的生命,以至围绕它的行星的存在性都有很大的影响。膨胀中的超新星遗迹的动能能够压缩凝聚附近的分子云,从而启动一颗恒星的形成。如果气体云无法释掉过多的能量,增大的湍流压也能阻止恒星形成。在太阳系附近的一颗超新星爆发中,借助其中半衰期较短的放射性同位素的衰变产物所提供的证据能够了解四十五亿年前太阳系的元素组成,这些证据甚至显示太阳系的形成也有可能是由这颗超新星爆发而启动的。由超新星产生的重元素经过了和天文数字一样长的时间后,这些化学成分最终使地球上生命的诞生成为可能。


        本楼含有高级字体6楼2014-08-21 20:03
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          国内发现
          2010年,星明天文台业余天文学家孙国佑与高兴在NGC5430星系发现了一颗新爆发的超新星,后经著名的帕洛玛山天文台确认为Ic型超新星,编号PTFacbu,这也是大陆天文爱好者发现的首颗超新星。
          2011年2月19日,星明天文台业余天文学家金彰伟与高兴发现超新星,2011aj。
          2011年4月26日,星明天文台业余天文学家金彰伟与高兴发现超亮超新星,2011by,其极大值达到12.5星等,是2011年最亮的超新星,比较罕见


          本楼含有高级字体7楼2014-08-21 20:03
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            楼主1604年观测到的超新星,中国文献有记载么


            IP属地:日本来自Android客户端8楼2017-04-27 12:55
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