超新星

恒星演化过程中的一个阶段
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超新星（英文名：Supernova，简称SN[1][2]），中国古代称作“客星”或“变星”[6]，是指质量较大的恒星演化至末期时经历的一种宇宙中最巨大的爆发现象[8][9]。超新星属于不稳定类型的爆发天体，爆发时释放的总能量为
，是大质量恒星在死亡之前都要经历的一次爆炸过程[10][11]，超新星出现的时间长短不一，短的仅有几天，长的可持续数年[6]。
早期宇宙从大爆炸发生后，原星系分裂成无数个恒星，恒星内部的核燃料耗尽后，进入它的老年期，质量为太阳质量8~50倍的恒星在核燃料耗尽后会发生极猛烈的爆发，产生超新星[5]。超新星可按照不同的机理分类，按照光谱和光变曲线建议超新星主要有Ⅰ和Ⅱ两型[7]，Ⅰ型超新星又可以分为Ⅰa、Ⅰb和Ⅰc类超新星[12]，Ⅱ类超新星也可根据光变曲线的形状被分为ⅡL和ⅡP类超新星[12][13]；从爆发机理上也可分为两大类：热核爆发超新星Ⅰa型，核心塌缩超新星II型，Ⅰb／c型[14]。超新星的相关模型则有7种，分别为热失控[15]、核心坍[tān]缩[16]、失败的超新星[17][18]、光变曲线[19]、不对称性[20][21][22]、能量输出[23][24]、祖先[25][26]。超新星在恒星演化末期，其核心坍缩为中子星或黑洞，形成超新星爆发[16]，超新星爆发是宇宙中牵涉能量最多的事件之一，它们的光芒能一连持续数周乃至数月[27]。经过超新星爆发后，此时的恒星有几种可能的状态，一种是黑洞、白矮星或者中子星[28][29]，还有可能形成超新星遗迹[30]。
早在185年，人类就已记录了半人马星座超新星爆发[3][4]，之后，人类肉眼相继发现豺狼星座超新星（SN1006）[3][31]、第谷超新星（SN1572）[32][33]、开普勒超新星（SN1604）[4]等超新星[34]。1885年，人类观测范围扩展到河外星系，并首次发现银河系之外的仙女座大星云超新星SN1885A[35][36]。直至1934年，弗里茨·兹维基和瓦尔特·巴德才发明了“超新星”这个词[1][37]。超新星也对宇宙的研究起到重要意义，科学家可以更好的研究重元素来源[38]、银河宇宙射线[39]、对地球的影响[40]、引力波[41]、宇宙的年龄与成分、银河系的化学演化、触发太阳系形成的“扳机”和生命的起源之谜等宇宙之谜[6]，通过对超新星的研究，小柴昌俊[42]、佩尔穆特、里斯和施密特[43]、里斯等的研究也相继获得诺贝尔奖[44]。

形成

早期宇宙从大爆炸发生后3min到约70万年，宇宙的温度降到3000K[a]，电子与原子核结合成稳定的原子，光子不再被自由电子散射，从此宇宙变成透明的。又过了几十亿年，氢、氦等中性原子在引力作用下逐渐凝聚为原星系，原星系聚在一起形成等级式结构的星系集团，与此同时，原星系本身又分裂成千千万万个恒星，恒星的光和热是靠燃烧自己的核燃料提供的，其后果是合成碳、氧、硅、铁这些早期宇宙条件下不能产生的重元素。在恒星生命即将结束时，它以爆发的形式抛出含有重元素的气体和尘粒，这些气体和尘粒是构成新一代恒星的原料，在一些恒星的周围，冷的气尘会坍缩成一个旋转的薄盘。这些物质通过相互吸引，碰撞黏合，最后形成从小行星到大行星的形形色色的天体[5]。