超新星与中子星
宇宙中超新星的形成和爆发
宇宙中超新星的形成和爆发超新星是指一种巨大而又短暂的天体现象。
它的形成和爆发都是十分神秘和壮观的，也是人类了解宇宙演化历史的重要窗口之一。
在本文中，我们将介绍宇宙中超新星的形成和爆发过程，让读者更深刻地认识这一壮观的天文现象。
一、超新星的形成超新星的形成需要一个质量足够大的恒星作为前提。
在宇宙中，恒星的质量大小往往是不平等的，有些恒星比太阳的质量还大几倍、几十倍，被称为“超大质量恒星”。
这类恒星的寿命相对较短，通常只有几百万年到几百万年不等。
当这些恒星用尽了核聚变产生的能量时，就会出现坍缩，形成一个非常小而超密集的天体——中子星。
中子星的密度极高，相当于整个地球的质量被压缩到没有拇指那么大的空间。
这种高密度状态使中子星的引力非常强大，可以捕获和压缩来自周围恒星的物质。
一旦捕获足够多的物质，这颗中子星的质量就会超过临界值，引起核反应失控，导致超新星爆发。
二、超新星爆发超新星爆发的过程是极为复杂的。
简单地说，就是在爆发时，中子星反弹开来，将周围的气体和物质弹射出去，并向外释放巨大的能量。
这些物质和能量带来了相当大的影响力，从相邻星系的观察中心可以看到超新星的光芒甚至可以数周。
特别是，这种爆发释放出的能量非常巨大，相当于太阳能量的数十亿到数万亿倍。
这种能量会迅速向周边的空间扩散，并且在目标周围产生热释电及其他粒子反应，从而导致星云、射电辐射等现象的出现。
三、超新星对宇宙的影响超新星的形成和爆发过程对宇宙的演化有着重要的意义。
首先，由于超新星爆发释放的巨大能量，会使原有的恒星附近的行星和星系受到影响，产生巨大的星际碰撞，从而影响天体的发展和演化。
其次，超新星释放出的能量和物质成为了星际物质的来源，在星系中流转和转化，促进了星际物质的再生和进化。
最后，超新星的研究还有利于我们了解宇宙的物理规律和宇宙演化史，从而突破科学的边界，开展更深层次的探索。
总之，超新星是一种非常壮观的天文现象，对宇宙的演化历史和星系物理的研究具有很高的意义，也启示我们开展更深入地探究宇宙的伟大使命。
中子星的演化与结构研究
中子星的演化与结构研究一、引言中子星是宇宙中最神秘且令人着迷的天体之一。
它们形成于超新星爆发时，核心坍缩成极为密集的物质。
中子星的演化和结构研究是天文学中的重要课题，对于理解宇宙的起源和演化具有重要意义。
二、中子星的形成1. 超新星爆发和核心坍缩超新星是恒星演化的最后阶段，当恒星的核燃料耗尽时，其内部无法维持核聚变平衡，导致恒星外层剧烈振荡，最终发生爆发。
在超新星爆发过程中，恒星的核心发生剧烈坍缩，形成中子星。
2. 中子星的特性中子星是一种异常密集的天体，其质量约为太阳的1.4倍，但却具有与太阳相似质量数百万倍的吸引力。
这种高密度是因为中子星的质量集中在非常小的体积内，导致物质的压缩和中子的凝聚。
三、中子星的结构1. 核心中子星的核心是由超过普通物质密度数倍的核子（中子和质子）组成的等离子体。
核子之间受到强相互作用力的作用，使得中子星的核心不会进一步坍缩。
2. 核心周围的合金层在核心周围，存在一层由中子和质子组成的合金层。
尽管密度下降，但由于非常高的吸引力，物质仍然处于极高的压力状态。
3. 外部硬壳中子星的外部覆盖着硬壳，主要由原子核和电子组成，这一层也是中子星光球的形成区。
四、中子星的演化过程1. 初始阶段中子星形成后，表面温度很高，由早期的恒星辐射和大量的高能粒子的撞击导致。
此时，中子星以快速旋转的状态存在，并释放出强烈的电磁辐射，形成了脉冲星。
2. 演化阶段中子星的旋转逐渐减慢，并释放出由磁场能量供应的双极辐射束。
这种辐射束是由磁场引导的高能电子流，使中子星在空间中留下脉冲辐射信号。
3. 终末阶段随着时间的推移，中子星的旋转速度越来越慢，最终停止旋转，变为幽灵星。
在这个阶段，它的电磁辐射逐渐减弱，并且不再产生脉冲辐射。
五、中子星研究的观测方法1. 射电望远镜观测通过射电望远镜观测中子星产生的脉冲辐射，可以研究中子星的旋转速度、磁场强度等特性。
2. X射线望远镜观测中子星表面的高能辐射产生了大量的X射线，通过X射线望远镜观测可以研究中子星的辐射特性和内部结构。
超新星的简介
超新星的简介自然界的元素不只是氢、氦、碳和氧，生命物质、木材、土壤和岩石中都含有一些硅、镁、硫、磷、铁和其他重原子，这些原子的核中都有20个以上的质子和中子。
如果这些元素不能在太阳和大多数恒星里制造，它们又是来自何处呢？仍然是来自恒星，不过只是很小一部分恒星，即质量最大的那些。
只有在离开主序时质量超过SM的恒星才能制造重原子核。
恒星中被外层重量压紧的核心就是“炼金炉”，原料就是氢和氦燃烧的“炉渣”，即碳和氧，冶炼过程在温度升到6亿开氏度时开始。
在这个温度上碳再也保不住了，相互猛撞并聚合成氛和镁，一条生产线就此建立，因为每个新的热核反应都释放更多的能量，使温度升得更高，从而使新的转变成为可能。
在10亿度时，氖核夺得一个氦核而形成镁，在15亿度时氧也开始燃烧，产生一系列更重的元素：硫、硅和磷，在30亿度时硅燃烧，并引发几百种核反应，使炉子里的温度越来越高。
在再往后的几千种反应的熊熊烈火中，更重也更珍贵的元素被制造出来。
这是恒星生命的最后阶段，这些反应的突发性也越来越强，越重的元素燃烧的时间就越短。
对于一个质量为25M的“模型”星，碳的燃烧持续600年，氛是1年，氧是6个月，而硅只有1天。
巨型“洋葱头”核转变并不能就以这种速率无限制地继续下去，反应的洪流最后都朝着～个元素汇集：铁。
铁的原子核报特殊，其中的56个质子和中子结合得如此紧密，没有一种聚变能量能使它们分开，铁就成了大质量恒星核心的最后灰烬。
现在的恒星由一个已停止热核反应的核心和仍在接连地燃烧的外层组成。
恒星只得不断地膨胀其外壳以调节平衡，它会膨胀到一个巨大的尺度，成为红超巨星。
红超巨星是宇宙中最大的恒星。
如果把这样一个星放在太阳系中心，它将吞没所有行星，包括远在扣亿公里外的冥王星。
红超巨星的内部结构有时被描绘成像一个洋葱头，因为它包含许多在燃烧着不同化学元素的同心层。
最轻的元素在温度最低的外层燃烧，而最重的元素在紧贴着那个呆滞铁核的内层燃烧。
中子星内部结构
中子星内部结构中子星是由超新星爆炸给出的最终产物，它为宇宙中最密集和最重的星体。
它的核心可以用来研究高密度物理和引力的物理现象，以及我们对宇宙的认识。
本文将介绍中子星的结构特征、内部物理状况及有趣的现象。
一、中子星的结构特征中子星具有极端的高密度和强磁场。
它们由一个核心、增强区和外壳组成，其中核心由原子核组成，半径约为10公里，核心内的密度可以达到10^14熊/立方厘米，其引力约为太阳的3千万倍。
核心周围的物质也很密集，称为增强区，在这一区域中，它们的重力与大小不断变化。
最后，中子星的外壳由中微子和网络电子组成，称为“中微子浆”，其密度为普通物质的10^13到10^14倍。
二、中子星的内部物理状况中子星的内部物理状况非常复杂，与现有物理理论和模型相比，有许多物理现象尚待解释。
它们除了吸引力外，还有许多方面的特殊物理状况，如强磁场、高密度离子流体和高温对流等。
根据目前的理论和实验研究，中子星的内部由三个层次组成：核心、增强区和外壳。
核心是一个由同位素组成的球，其中的核反应通常会生成高能的粒子，这会给它们带来极大的动能，形成风暴，这些风暴可以把能量带到增强区。
增强区周围由外壳组成，外壳是一个由中微子、核子和磁场组成的雾状物质，它们可以影响中子星的表面像素和物理状况。
三、有趣的现象由于中子星物理状况的复杂性，存在许多有趣的现象，比如爆发性中子星和它们的脉冲星现象。
爆发性中子星会在核心发生爆发，产生许多粒子，这些粒子会把光和热量传播到太空，引起它的爆发星；脉冲星发生的现象是，中子星的强磁场会导致周期性地向外发射光子，中子星一转就会发出一个脉冲，每次脉冲间隔大约几秒钟。
这种现象也可以用来测量中子星的质量、半径和角速度。
总之，中子星是宇宙中非常重要的天体，它们给我们带来了无限的好奇和乐趣，也给我们的理解带来了巨大的帮助。
在探索宇宙的过程中，中子星将会给我们带来更多的惊喜。
超新星爆发的机制解析
超新星爆发的机制解析宇宙中，恒星是创造化生命的重要因素之一。
然而，它们也有一个不可避免的结局——超新星爆发。
这种现象是宇宙中最为剧烈的爆炸之一，它释放了比太阳还要亮上上亿倍的能量。
那么，超新星爆发的机制是什么呢？恒星的演化过程与质量有关，质量越大的恒星，演化得越快。
当恒星核心的燃料耗尽时，核心内压力不再足以支撑其重力，恒星的内部开始出现塌缩现象。
塌缩会引起高温和高压，会使超出哈密顿量的核子产生自由中子，将核子聚集在一起从而形成新的状态——中子星。
在高密度中子星表面形成极强磁场和电子云层，在大张旗鼓的彼岸收缩时，核子凝集，引起了能量的巨大释放，形成了超新星爆发。
超新星爆发有两种类型，分别是核心塌缩型和恒星碰撞型。
核心塌缩型超新星爆发通常发生在质量大于1.4倍太阳质量的恒星上，塌缩时具有自转和磁场相当高水平的内核。
当塌陷恒星内核高于临界质量达到强引力核燃烧的条件时，当物质凝聚在极小时间内，速度会快得超过能量可以扩散的速度，在极端压缩下形成能够抗衡引力的核子物质。
恒星碰撞型超新星爆发通常是两个质量在范围之内的恒星相互撞击并合并的产物，能量释放形式是类似于核心塌缩型超新星爆发的爆炸性释放，但这种能量释放不仅来源于恒星的核心物质，也来源于碰撞轻质物质的熵变。
超新星爆发不仅是物理学、天文学的重要课题，也是解释银河系金属含量不断增加，宇宙演化的重要途径。
在昼暮模型中，超新星爆发在银河系中向外传递重要元素——氧、铁等，贡献了大量的中子星物质和先驱岛盘的物质。
这使得银河系中星系的形成和发展与超新星爆发密切相关。
总之，超新星爆发的机制是有很多方面的，需要不同层面的分析。
从塌缩现象、中子星形成、质量、碰撞空间和重要元素形成等角度来探究超新星爆发的机制，是人们研究宇宙基本规律和宇宙的物质演化过程的一个重要课题。
星系内中子星的起源和演化
星系内中子星的起源和演化星系内的中子星是由恒星爆发和塌陷之后形成的极其致密的天体。
它们具有独特的物理性质和演化过程，深受天文学家的关注。
本文将探讨中子星的起源和演化，并介绍一些关键的观测结果和理论模型。
中子星的起源可以追溯到恒星演化的末期，当恒星用尽核心燃料后，会发生恶性塌缩的核爆炸，形成超新星。
其中大部分物质被抛射到星际空间，而中心部分的残骸会塌缩为极密集的中子星。
这种塌缩过程称为“重力塌缩”，它会使恒星的质量被压缩到数倍太阳质量的一个小球体内，使得中子星具有极高的密度。
中子星的密度非常大，一般在每立方厘米10^14到10^15克之间。
这种高密度不仅使得中子星的自身引力非常强大，还引起了一种奇特的量子力学效应，即狄拉克海。
狄拉克海是充满了若干种粒子的空间，其中包括电子，正电子和中微子等。
它们以极高的速度粒子与反粒子相消灭并产生辐射，形成了中子星周围强烈的辐射带。
中子星的演化过程也是十分复杂的。
一开始，它们比超新星爆炸前的恒星小得多，直径通常只有几十千米，质量却与太阳相当。
由于高度压缩，中子星的自转速度非常快，可以达到每秒几百次。
这种高速旋转使得中子星产生了强烈的磁场，通常是普通恒星磁场的百万倍以上。
这种极强磁场产生了一个特征的“磁层”，保护中子星内部的物质不被释放。
与此同时，中子星还表现出周期性的脉冲辐射，被称为“脉冲星”。
脉冲星的产生与中子星的磁场和自转速度有关。
当磁轴与自转轴不一致时，释放的辐射会通过地球上的望远镜观测到脉冲信号。
这些脉冲信号以极高的精度定时，并由此产生了一种相当规律的脉冲星时标。
中子星还经历一系列的演化过程，包括强烈的辐射、磁层活动和周期性的自转减速。
这些演化过程会逐渐耗尽中子星内部的能量和磁场，使得脉冲星的脉冲信号逐渐减弱，最终停止。
这一时刻被称为“脉冲星的死亡”，它标志着中子星进入较为稳定的演化阶段，成为一颗普通的“老年”星。
关于中子星的起源和演化，天文学家通过观测和理论模型取得了一些重要的进展。
天体物理学中的中子星理论
天体物理学中的中子星理论天体物理学是研究宇宙中天体的物理特性和演化历史的学科，其中，中子星是一种研究的热点。
中子星是一种质量非常大、半径非常小的致密天体，它的密度高达数十亿吨每立方厘米，可以说是宇宙中最致密的物质。
中子星的研究在探索宇宙物理过程、了解星体演化以及解密宇宙起源等方面具有重要意义。
本文将从中子星的基本特性、形成机制、重要作用等方面进行探讨。
一、中子星的基本特性中子星是由一颗质量较大的恒星在超新星爆发后剩余下来的一种致密天体。
其直径通常只有20公里左右，却拥有与太阳相等甚至更高的质量，密度高达10^14克每立方厘米。
由于其质量非常大，中子星对重力的作用非常强烈，从而导致其表面非常平滑，无法支撑山峰、山谷等地貌，甚至会出现一些超新星爆发后留下的痕迹，例如磁场和射电波等。
此外，中子星也具有极强的磁场，甚至可能高达10^12到10^15高斯，而地球的磁场只有几百高斯左右。
这种强磁场会导致中子星表面出现极其强烈的磁场风暴，而且会导致中子星产生射电脉冲等现象。
二、中子星的形成机制中子星是由质量较大的恒星在超新星爆发后剩余的一种致密星体，其形成机制主要有以下几种：1、质量大于太阳8倍的恒星，通常在生命周期后会经历类似于自我引力塌缩的过程，进而导致超新星爆发。
超新星爆发后，形成的残余物质会聚集成为一个极其致密、小而又重的天体，即中子星。
2、双星系统中，两颗星体在演化过程中可能发生大规模的引力相互作用，其中一颗质量特别大的星体在反复的爆炸和引力作用下，形成中子星作为和外观处理。
3、中子星的另一种形成机制是由紫外线或伽马射线的强烈辐射作用，导致恒星在最后爆发时射出部分物质并旋转超高速，最终形成中子星。
三、中子星的重要作用中子星对宇宙物理过程、星体演化以及宇宙起源等方面都有着重要的作用。
1、中子星对宇宙物理过程的重要作用中子星的强磁场和极端物理特性可以使其产生一系列的射电信号，例如射电脉冲、星系核爆炸、快速射电暴等。
超新星是什么
超新星是一种令人惊叹的天文现象，它揭示了恒星的终极命运和宇宙的奥秘。
什么是超新星？超新星（supernova）是指一颗恒星在其生命周期的末期发生的剧烈爆炸，释放出巨大的能量和物质。
超新星爆发是宇宙中最强大的爆炸之一，它们的亮度可以超过整个星系，甚至在数十亿光年外都可以观测到。
超新星爆发的频率大约是每个星系每百年一次，但在人类历史上，只有少数几次超新星爆发被肉眼观测到，如1054年的蟹状星云、1572年的第谷超新星和1987年的1987A超新星。
超新星有哪些类型？根据超新星的形成机制和光谱特征，可以分为Ia型、Ib型、Ic型和II型。
其中，Ia型超新星是由白矮星吸收伴星物质而引发的热核爆炸，它们的亮度比较稳定，可以作为测量宇宙距离的标准烛光。
Ib型、Ic型和II型超新星都是由恒星核心坍缩而引发的引力塌缩爆炸，它们的亮度和持续时间各不相同，取决于恒星的质量、结构和化学成分。
Ib型和Ic型超新星都是由质量较大的恒星（10-40倍太阳质量）在失去外层氢或氢和氦后爆发，而II型超新星则是由质量较小的恒星（8-10倍太阳质量）在保留外层氢时爆发。
超新星是如何形成的？超新星爆发的原因主要是恒星核心的失衡。
恒星核心是由高温高压下的核聚变反应维持平衡的，当核聚变反应停止或减弱时，核心就会受到自身重力的压缩，导致密度和温度升高。
如果核心能够重新点燃更高级别的核聚变反应，如氦燃烧、碳燃烧等，则可以暂时恢复平衡。
但当核心达到铁元素时，就无法再进行有效的核聚变反应了，因为铁元素是最稳定的元素，无法释放更多的能量。
此时，核心就会迅速坍缩，形成一个高密度物体，如中子星或黑洞。
同时，坍缩产生的巨大冲击波会将外层物质抛射出去，形成一个明亮而扩散的火球，这就是我们看到的超新星爆发。
超新星有什么影响？超新星爆发对宇宙的演化有重要的影响，它们是重元素的主要来源，也是宇宙射线的产生者，还可能影响恒星和行星的形成。
•重元素：超新星爆发可以产生比铁更重的元素，如金、银、铀等。
超新星爆发时根据爱因斯坦相对论原理会辐射出什么波
超新星爆发时根据爱因斯坦相对论原理会辐射出什么波
根据爱因斯坦的相对论,超新星爆发时会辐射出一种波长为几万到几十万埃的电磁波.这种波是由中子星表面强烈的重力辐射引起的.当中子星发生超新星爆炸时,它的核心就像太阳那样发生核聚变反应.在这个过程中产生大量的高能射线.当它们向外扩散时,将形成各种不同颜色的光带,从而可以被人们观测到.中子星的质量越大,它所释放的能量也就越多.中子星爆炸后的遗迹,即白矮星和黑洞的区别:白矮星就是一颗死亡了的恒星,没有了核燃料,没有了内部压力,体积缩小了,温度降低了,最终收缩成了体积很小、密度却极大的天体--白矮星.如果一颗恒星演化到尽头,其核心没有能力再进行核反应,无法维持自身的结构,那么在自身的引力作用下,只得“粉身碎骨”。
原来巨大的核心收缩成为密度更大的物质,直到其密度与铁差不多(密度约3.8～4.0克\/立方厘米)。
又经过漫长
科学家证实超新星的确会产生强烈的伽马射线暴,他们称之为γ射线暴或简称γ暴。
这是指一颗亮度异常增加的脉冲星发出的爆炸性喷流。
在伽玛射线爆的时间窗口内,科学家探测到其向地球传送出一股高能粒子束。
如此猛烈的脉冲活动,甚至令地球上空的气体分子发生改。
八大行星以外太空星体知识点大全
在太空探索的众多星体中，八大行星以外的太空星体也是备受关注的焦点。
今天，我们将一起深入了解这些神秘的星球和天体，带你全面了解八大行星以外的太空星体知识点。
1. 小行星带小行星带是位于火星和木星轨道之间的一个区域，主要由大量的小行星组成。
这些小行星在太空中飞快地运行着，其质量和形状各不相同。
小行星带中最大的小行星是谷神星，其直径达到了940公里。
人们对小行星带的研究主要是希望能够了解太阳系形成的历史以及了解地球受到小行星撞击的潜在危险。
2. 雪茄形天体雪茄形天体是一类形状奇特的天体，其形态呈现出类似雪茄的长条状。
最著名的雪茄形天体是'Oumuamua，它是人类首次发现并观测到的浩瀚宇宙中来自其他星系的天体。
科学家通过对'Oumuamua的观测和分析，希望能够了解太空中的异星物质构成，探讨宇宙中是否存在其他生命的可能性。
3. 夸克星夸克星是一种直径约为20公里的极度致密的天体，其密度非常高，通常超过普通恒星的百万倍。
夸克星的核心由夸克组成，是我们对物质的认识所能达到的极限。
夸克星可能是宇宙中最奇特的天体之一，其特殊的物理特性让科学家对它充满了好奇和探索的欲望。
4. 中子星中子星是恒星在爆炸结束后，因为自身的重力坍缩而形成的一种特殊致密的天体。
中子星通常具有极强的引力，并且发出规律的脉冲辐射，因此也被称为脉冲星。
科学家对中子星的研究主要是为了解宇宙中的物质构成、星际物质运动和宇宙演化等领域提供重要依据。
5. 超新星超新星是恒星在生命周期的末期发生爆炸的现象，其光度和能量释放都非常巨大。
超新星爆发的过程中会释放出大量的能量和物质，对宇宙中的物质演化和整体结构都产生重大影响。
科学家通过对超新星的观测和研究，希望能够了解宇宙中星际物质的来源、演化过程以及对宇宙环境的影响。
6. 脉冲星脉冲星是一类通过强烈的磁场和高速自转而产生规律的射电脉冲的中子星。
它们的强磁场会让射电波的方向与磁轴不一致，因此当脉冲星以特定的方向向地球发出射电信号时，我们就可以观测到这种规律的脉冲辐射。
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化，点线、线段和实线分别对应 的是温度为1010K ,5*109K和 3.24*109K 的情形
超新星爆发前夕主要核素的电子俘获率
、 s 分别是未计及和考虑电荷屏蔽效应下的电子俘获率影响。这里的核素由 于电荷屏蔽的影响俘获率要比原来下降10%-15% 左右。(罗志全，彭秋和， 1996)
引起大质量恒星核心大规模坍缩的首要原因
P
中的多方指数=5/3, 变成了稳定的系统，不再坍缩。但由于惯 性，直到中心密度达到 时，内核心的坍缩才完全中止。而 内核心外围的物质却继续以超音速坍塌，它们猛烈地撞击 在突然停止坍缩的坚硬的内核心上，因而在内核心外不远 处立即产生一个很强的向外行进的反弹激波，其能量高达 Eshock ~ 1051-52 ergs。
2Ye 电子丰度(Ye ):平均每个核子占有的自由电子数 中子剩余参量: (Nn-Np)/((Nn+Np) ), =1-
Mch =5.84 Ye2 M⊙ 在硅燃烧开始后不久，星体核心内仍以对称核物质(56Ni)为主， 中子剩余参量 0.001 或 Ye 0.495。 相应的Chandrasekhar 极限质量为1.43M⊙. 硅燃烧阶段时标是相当短的: 最多为几天(有对流情形)或几个小时(无对流情形)。 因此，只有在大量和快速的(原子核上)电子俘获过程之后，电子丰 度 Ye才会显著减少(或中子剩余参量 明显增长)。 电子简并气体中电子俘获一旦大量进行，星体核心将在动力学上变 为不稳定，发生引力坍缩现象。 即电子俘获过程是导致大质量恒星核心坍缩的第一位物理因素。
如果
E 激波 M (外核心) ( E ) m
特则当上述反弹激波尚未穿透外核心之前，激波能量全部都消耗在 铁核光致裂解的过程中。它不可能把星幔和大气层吹散。不会导致 超新星的爆发。而且由于核心外围的星幔和大气继续问中心坠落， 原来向外行进的反弹激波转变成为一个吸积驻激波。也就是说，这 种情形下，瞬时爆发机制失败。 结论:瞬时爆发机制能否成功的关键在于它的外(铁)核心的质量是 否过大? 迄今对所有合理的模型计算而言，瞬时爆发机制是 不成功的((铁)核心的质量太大)。
无致密残骸 中子星
残骸
超新星遗迹内的核产物
主要是铁
各种元素都有
大质量恒 星热核演 化结束
硅燃烧阶段结束 M≈(12-25)M⊙
Fe 核心
T (3-5)109K 3109K
大质量恒星核心坍缩的主要原因
电子俘获过程 :引起 超新星核心坍缩的关键过程
(Z , A) e (Z 1, A) e
两类超新星的主要特征
超新星类型
极大光度
Ia
3 x 109 L⊙
II
3 x 108 L⊙
光谱
前身星 爆发原因
无氢光谱线;重元素光谱 最强的是氢光谱线 线很多;后期Fe线最强
双星系统中的白矮星 伴星物质被致密白矮星 吸积而流入白矮星 大质量恒星 大质量恒星的铁核心坍 缩
爆发物理机制
吸积白矮星C/O 核心的 从新生中子星表面向外 热核大爆炸 转化为铁 行进的反弹激波:中微子 族元素 压强
超 新 星 与 中 子 星
彭秋和 (南京大学天文系)
历史上的超新星
爆发时间 (AD) 光度极大星等 185 ? -8 393 -1 837 ? 1006 1054 1181 1572 1604 1680 1987 -8 ? -10 -5 -1 -4 -3 5? +2.9 发现者
中国天文学家 中国天文学家
( EFEC) QEC (Z , A)
c EC
QEC ( A, Z ) 2 3/ 2 3 1.95210 ( e / 2)[( ) 1] g 原子核 (A,Z)电子俘获的能阈值
重要原子核电子俘获的密度阈值
表中EC过程的能阈值己扣除电子的静止能量
SNII仍然未解决的关健问题
中微子流能否激活强大的向外激波? 迄今仍然也 是悬案。人们不仅考虑了己知各种粒子( e-, e+, p, n, , 0，,以及 16O等原子核)同中 微子的相互作用，而且还探讨了在致密等离子 体中，中微子振荡有可能引起这种相互作用的 增强。但上述中微子流仍然无法产生如此强大 的冲压。也就是说，即使中微子延迟爆发机制， 迄今卜在理论上人们也仍然无法自洽地实现超 新星的爆发(向外爆发总动能达到 1049 erg 以 上。
c(GR) 同 EC 的比较:
核心坍缩型超新星爆发机制
内核心:同模坍缩 Vr r (亚声速区)
外核心:自由坍缩 Vr ~ Vff/2
M内核心 ~ 0.6 M⊙
内外核心交界面附近:
Vr ~ (1/8 –1/4) c (光速)
超新星的瞬时爆发机制(1)
随着星体坍缩的进行，星体中心的密度迅速增长。一旦它达到 原子核密度(2-4)nuc (nuc = 2.81014 g/cm3) 以上，核子的非相对论简并压强超过了电子的相对论简并压强， 物质状态方程
光变曲线
中微子发射
不重要 无
0.36 0.11
100 可见光能量
致密残骸
Rate / h2 SNu Observed
中子星 (呈现为脉冲星) 或者黑洞 ?
0.14 0.07 0.71 0.34
Total 2000 as of today (nowadays 200/year)
广义相对论引力坍缩的临界密度
M core M ch 5.84Y M Sun
2 e
( GR ) c
2.6 10 g / cm
10
3
结论: 引起SNII( SNIb、SNIc )核心坍缩的首要物理因素是电子俘获过程 (EC)。 引起吸积白矮星坍缩(它导致SNIa 爆发)的主要因素是广义相对论 效应。 (光子致使铁原子核碎裂反应只是辅助因素) 导致超巨质量恒星坍缩的主要因素是电子对湮灭为中微子对过程 e+ +e- +反
---蟹状星云(Crab)
及其脉冲星(PSR0531)
近代超新星研究的序幕
• 1934年Baade & Zwicky在对河外星系的超新星进行系统地观测研 究的基础上，在1/3页的短论文中提出了四个完全崭新的重要预 言，它不仅正式提出中子星的观念,而且创见性地以超新星为枢纽 把它同恒星死亡、中子星、高能宇宙线的起源联系起来。 恒星死亡 超新星爆发 中子星 超新星爆发 高能宇宙线的起源 1942年Gamow利用Urca过程机制来探讨大质量恒星晚期核心坍缩 的可能性 1960年丘宏义等人首先研究大质量恒星内正负电子对湮灭发射中 微子对过程并提出它可能导致超新星爆发。这实际拉开了现代高 能天体物理理论研究的序幕。 1966年Colgate 从流体动力学出发,首次从解析角度探讨了超新星 核心坍缩的动力学过程。正式拉开了现代超新星研究的序幕
中微子延迟爆发机制
为了解释瞬时爆发的困难，Wilson(Bowers, Wilson, 1985)等人提 出了中微子的延迟爆发机制。可以由下图加以说明：
本图描述了反弹激波在停止后景象。 为激波所在的位置，此处物质以 M 的 Rs 速度向下降落（速度接近自由落体）。物质经过激波的减速之后，以较为 缓慢的速度经过加热和冷却区向新生中子星的表面运动。 为中微子球半径 R Rns 新生中子星的半径。 加热和冷却相平衡处的半径。而前中子星中的能 Rg 量沉积来源于物质对于电子中微子的吸收。
我们新近的探讨:电荷屏蔽效应对电子俘获 过程以及坍缩核心质量影响的研究
同太阳内不同, 超新星内电子俘获过程是当电 子的Fermi 能超过电子俘获的能阈 值时，Fermi 面附近的电子打入原子核而发生的。在这种情形下，电荷屏蔽 效应从三方面对电子俘获过程有着重要影晌:1)降低入射电子的能量，2)使超 过电子俘获能阈值的电子数目减少，3)等效於提高了电子俘获的能阈值。我 们已经对这一问题进行过初步试探性研究(1996,2000, 2003)。 利用通常人们采用的等离子体强屏蔽的Salpeter屏蔽公式，我们发现, 在超新星 内物质高密度环境下电荷屏蔽效应对 等少数几种原子核上电子俘获率的影响 可达30-80%。最近，我们还对超新星内部电子俘获率最高的20个核素进行这 种计算 (由于不同原子核的结构大不相同，这种计算是相当麻烦的)。 电荷屏蔽效应提高了电子俘获过程的有效能阈值，由此明显地提高了爆前超新星 核心坍缩的临界密度阈数值，这必将导致实际坍缩(以铁为主要成份的)核心 质量低于迄今国际上(未考虑电荷屏蔽效应)计算的数值。只要坍缩核心质量 减少3-5%，至今仍然一筹莫展的超新星瞬时爆发机制有可能成功。但是，我 们如果采用等离子体强屏蔽的Salpeter公式，则发现它只能使超新星坍缩核 心的质量降低1%。
电荷屏蔽效应对56Ni、55Co 电子俘获率的影响
56Ni的电荷屏蔽效应随密度的变
化，点线、线段和实线分别对 应的是温度为1010K，5*109K和 109K的情形 横坐标为物质质量密度(对数标, 应为log()) 纵坐标为 C = s/ ; 为电子 俘获率, 上标s代表电荷屏蔽。
55Co的电荷屏蔽效应随密度的变
这巨大的能量是由星体核心在坍缩过程中释放出的自引力势能转化 而来的。激波波阵面后的温度上升到 1011K 以上，平均热运动能 量高达 10 MeV, 超过了56Fe 平均每个核子的结合能( 8.8 MeV)。 铁族元素的原子核很快地被热光子打碎:
56
Fe 13 4n 26p 30n
遗迹 RCW 86
中国天文学家 IC 443 中/阿天文学家 SN 1006 中/日天文学家 Crab Nebula 中/日天文学家 3C 58 Tycho Brahe Tycho Kepler Kepler John lamsteed Ian Shelton Cas A SN 1987A
1054超新星遗迹