壯觀至極的超新星爆發，釋放驚人巨能量，成為宇宙演化的推手之一

文|削桐作琴

編輯|削桐作琴

宇宙中有無數個恆星點點閃爍，它們是宇宙組成的基石，然而，當這些恆星走到生命盡頭時，往往會爆發出一場壯觀至極的超新星爆炸，釋放出巨量能量，成為整個宇宙演化的重要推手。

在漫長的宇宙進化過程中，恆星及其核聚變過程中產生的新元素是生命誕生的先決條件，因此，了解恆星尤其是超新星爆發的奧秘，對揭示宇宙進化和生命起源具有重要意義。

超新星爆發是宇宙中令人驚嘆的天文現象，它是恆星生命末期進行的最壯觀、最激烈的活動。它們短暫而耀眼的光芒可以在短時間內超越整個星系的光亮。

爆發通常發生在質量更大的恆星生命末期，當超新星的核心無法支撐自身重量時，會發生災難性的崩潰和爆炸。

發生超新星爆發的恆星，是由氫和氦等輕元素組成的天體，它們的核心一直在進行著核聚變反應，將氫融合成氦，這個過程釋放出大量能量，維持著恆星發光發熱。

整個恆星由內而外分為核心、輻射層和對流層等部分，其內部存在著極高的溫度和壓強。

這些恆星通常形成於宇宙誕生初期，原始氣體雲中豐富的氫和氦元素在引力的作用下凝聚形成了第一批恆星。

其質量範圍廣泛，從微小的M級紅矮星到罕見的巨大O級藍星，光芒萬丈，展現出多樣的姿態。

超新爆發，會釋放出來巨大的能量，其類型可以分為兩類：核心坍縮型和白矮星型。

核心坍縮型超新星崩潰時，恆星外層物質被高速拋射出去，而白矮星型超新星爆發則通常發生在兩顆白矮星合併或者一顆白矮星從其伴星那裡吸取物質，當白矮星的質量達到某個臨界值時，就會引發超新星爆發。

在超新星發生爆發之前，其核心會經歷一系列複雜的核反應，從氫聚變到氦，再到更重的元素如碳、氧、硅直至鐵。

當核心中硅元素聚變完畢，恆星不再產生足夠對抗引力的新能量，核心開始塌縮，外層物質被迅速推向外部空間，形成了超新星爆發的現象。

超新星爆發會產生很多物質原子，人類賴以存在的物質原子大多來自於恆星內部的核聚變反應，氫原子以雙質子的形式逐步聚變為氦核，釋放出能量維持恆星的運轉。而較重元素如鋰到鈾則是後續恆星演化及超新星爆發中產生的。

實際上，超新星爆發和恆星質量有很大關係，其是決定恆星最終命運的關鍵因素。

通常情況下，當恆星質量超過8倍太陽質量時，其內部的核反應就會變得異常劇烈，產生的溫度和壓力也隨之升高。

這種情況下，恆星內部的核聚變反應將更容易發生。儘管核聚變能夠為恆星提供所需的能量，

但恆星的燃料終將耗盡，對於質量較小的恆星，當核心燃料用盡後，恆星內部溫度和壓力將逐漸降低，最終塌縮成一個超高密度的白矮星，由簡併態的電子氣體提供壓強支撐。

而質量較大的恆星則會經歷一番完全不同的過程。

大質量恆星在燃燒完氫和氦後，會開始合成更重的元素，如碳、氧、硅、鐵等。核心逐步由輕元素轉變為重元素，密度越來越高，引力也隨之增強。

雙星系統中的恆星也有可能最終走向超新星的命運。兩顆恆星之間的引力相互作用可能會導致其中一顆恆星的質量發生劇烈變化，進而將其推向超新星爆炸的臨界點。

而當其中一顆恆星發生超新星爆炸後所釋放出的大量物質，也可能被另一顆恆星吸收，進而使得後者在未來也經歷相同的命運。

超新星爆炸是一個複雜的過程，蘊含著宇宙演化的奧秘，即將發生超新星爆發的恆星內部會發生核聚變。

第一時間，內部的兩個質子會先融合形成雙質子，經過β+衰變生成氘核，接著與另一個氦原子結合產生氦-4核。

雖然中子比質子重，但氦核是一種具有束縛態的原子核，其質量卻比四個遊離質子輕約0.7%，這部分質量差就轉化為能量通過E=mc²公式釋放出來，成為恆星燃燒的動力。

超新星爆發時，不僅會發生內部變化，恆星外層在內部發生這種劇烈變化時，首先會急劇膨脹，發出明亮的光芒，然後在內部能量的強大作用下，被一層層吹散，形成一場超新星大爆炸。

這種大爆炸所釋放的能量，是平時太陽輻射能量的上百億倍以上，甚至還產生了大量的衍射波和高能粒子流。整個恆星的物質被高速噴射出去，形成了壯觀的超新星遺迹。

這種爆炸的殘骸甚至會轉變為中子星或黑洞等奇特的天體。成為了引力波和高能粒子的源頭，推動著人類對宇宙的進一步探索和認知。

但並非所有超新星爆發都能留下明顯的遺迹，例如超新星SN1181的遺迹，在將近九個世紀的時間裡一直是個謎。

直到香港大學的科學家團隊發現了SN 1181的殘骸，並將其命名為「帕剋星」。人們才確認了距離地球約八千光年的地方曾發生過超新星爆發。

超新星大爆炸中還會產生諸如金、鉑等重元素，這些元素被拋撒到整個宇宙中，為新一代恆星和行星的形成提供了原料。

雖然恆星爆炸看似是一種毀滅性的過程，但它卻是宇宙物質能量循環不可或缺的一環，是宇宙生命演化的重要推手。

沒有恆星的衰亡和爆炸，就沒有新的恆星和行星的誕生，沒有重元素的產生，生命也無從談起。因此，恆星爆炸不僅是宇宙大自然的奇觀，更是推動整個宇宙演進的重要動力。

對超新星的研究有助於我們深入了解恆星的生命周期，揭示宇宙的化學演化過程，甚至利用超新星作為「標準燭光」來測量星系間的距離。

通過觀察和研究超新星，天體物理學家和天文學家不僅可以更好地理解超新星本身，還能藉此探究恆星如何形成、演化，以及宇宙不斷膨脹的原因。