核心坍缩与超新星

大质量恒星的死亡，或白矮星的爆炸性点燃，在几秒钟内释放的能量比太阳在其整个生命周期中释放的能量还要多，短暂地超越了整个星系的亮度，并锻造和散布了新的元素。

Definition

核心坍缩是大质量恒星的铁核一旦超过其简并压所能支持的质量而发生的灾难性内爆，而超新星是由此坍缩或白矮星热核瓦解所产生的明亮爆炸。

Scope

本主题涵盖了大质量恒星铁核在简并支持失效时的坍缩、反弹和中微子驱动机制，该机制可能使停滞的激波复苏以产生核心坍缩超新星，以及白矮星作为Ia型超新星的热核爆炸，超新星的光谱分类，以及它们留下的残余物和富集作用。

Core questions

• 什么触发了大质量恒星核心的坍缩？
• 坍缩如何转变为爆炸？
• 热核超新星和核心坍缩超新星有何不同？
• 超新星会留下什么？

Key concepts

• 铁核坍缩
• 核心反弹
• 中微子驱动机制
• Ia型超新星
• II型超新星
• 超新星遗迹
• 标准烛光

Key theories

铁核坍缩与中微子机制

当铁核超过有效钱德拉塞卡质量时，它会坍缩直到核密度阻止它，从而引发一个停滞的激波；强大的中微子通量所沉积的能量被认为可以使激波复苏并驱动爆炸，留下中子星或黑洞。

热核Ia型超新星

一个碳氧白矮星通过吸积或合并被推向钱德拉塞卡极限，引发失控的热核燃烧，从而完全瓦解恒星；由于这些爆炸高度均匀，它们可作为可标准化的宇宙距离指示器。

Mechanisms

在大质量恒星中，惰性铁核不断增长，直到其质量超过简并压所能支持的极限，然后在不到一秒钟内坍缩；内核在核密度下变硬并反弹，但激波停滞，直到从原中子星中涌出的中微子沉积足够的能量来重新启动它，从而将外层抛出。而在白矮星中，失控的碳聚变释放出足够的能量，足以使整个恒星解体。

Clinical relevance

超新星散布重元素，富集星系并播种新的恒星和行星，驱动星际激波和宇宙射线加速，留下中子星和黑洞，并在Ia型事件中提供标准烛光，揭示了宇宙的加速膨胀。

History

巴德（Baade）和兹威基（Zwicky）于1934年创造了“超新星”一词，并将其与中子星的形成联系起来；科尔盖特（Colgate）、阿内特（Arnett）、贝特（Bethe）等人发展了中微子驱动机制；1987A超新星在大麦哲伦星系中首次探测到来自坍缩核心的中微子。

Debates

中微子驱动爆炸机制的稳健性

在模拟中重现成功的核心坍缩爆炸一直很困难；中微子加热在多维不稳定性辅助下是否足够，或者在某些情况下旋转和磁场是否必不可少，仍在积极研究中。

Key figures

• Fritz Zwicky
• Walter Baade
• Hans Bethe
• Stanford Woosley

Seminal works

• woosley2002
• baade1934

Frequently asked questions

为什么坍缩的核心会爆炸而不是仅仅内爆？

内核在核密度下突然变硬并反弹，引发激波；尽管这个激波会停滞，但新生中子星逸出的巨大中微子通量可以在其后沉积足够的能量，从而重新启动激波并吹散恒星的外层。

所有超新星都一样吗？

不，主要有两种：核心坍缩超新星标志着大质量恒星的死亡，并留下中子星或黑洞，而Ia型超新星则源于白矮星的热核瓦解，不留下致密残余物；它们在光谱和光变曲线上有所不同。