傳說中鳳凰每隔500年要投入火中以求得新生。有一種恒星在其「臨死亡」的剎那，將發(fā)生激烈的爆炸，如迴光返照般放出極耀眼的光芒。星球毀滅了自己，卻也同時(shí)觸發(fā)了新恒星的誕生。這就是超新星，天上的火鳳凰。
在宇宙中，恒星的分類是按照它們的死亡的方式，一類象我們太陽(yáng)這種，最終安靜的成為白矮星，另一類是比太陽(yáng)大8倍以上的恒星，它們的死亡是爆炸。恒星越大，壽命就急劇的縮短，質(zhì)量差3倍，壽命就差750倍，也就是說，一個(gè)比我們的太陽(yáng)大3倍的恒星，它的壽命就只有1300萬年，所以，生命的進(jìn)化是不可能托付給大恒星的。但是，宇宙的物質(zhì)的豐富和流動(dòng)，卻全靠它們。
宇宙在過去有過一個(gè)非常單調(diào)的開端，只有氫元素和少量的氦元素，然而宇宙在成長(zhǎng)，而成長(zhǎng)的標(biāo)志就是重元素的增加，這種增加使宇宙越來越豐富，宇宙的所有的奇跡，都是在有了完整的元素制造之后。而制造元素，就是把氫元素以不同的數(shù)目聚合，而要完成所有元素的聚合的場(chǎng)所，就是擁有巨大引力的大恒星。從豐富物質(zhì)角度來說，大恒星是宇宙中的精品，它們不僅能生產(chǎn)所有的元素，而且由于恒星越大，壽命越短，因此周期也短，所以，恒星的巨無霸是宇宙制造元素效率最高的工廠。不過，宇宙中最大的恒星的質(zhì)量極限是一百個(gè)太陽(yáng)，如果再大，就會(huì)因?yàn)樽陨淼暮朔磻?yīng)過猛而解體。
船底座海山二星(Eta Carinae)可能即將爆炸
引力制造元素，但也束縛元素，小恒星大約能制造出十來種元素，但這些元素最終不能在宇宙中流動(dòng)。大恒星能制造更多的元素，一般超過太陽(yáng)質(zhì)量 8倍以上的恒星就能使聚變一往無前，其核心達(dá)到幾十億度的高溫不斷的創(chuàng)造不可思議的聚變，每次聚變所產(chǎn)生的能量都使恒星膨脹得更大一些，于是它就象洋蔥一樣形成令人吃驚的多層核聚變的巨大空間，這個(gè)空間可以達(dá)到一百億公里，裝下整個(gè)的太陽(yáng)系。在聚變的深入的過程中，恒星變得越來越危險(xiǎn)了，因?yàn)樵卦街?，聚變提供的能量越少，而巨大的恒星又必須靠不斷釋放的核能支撐。然而，?dāng)聚變到排列第26位的鐵元素時(shí)，搖搖欲墜的恒星遭受到最致命的破壞──因?yàn)殍F元素的結(jié)構(gòu)極其穩(wěn)定，它在聚變時(shí)不釋放能量，于是，巨大而膨脹的恒星將會(huì)因核心失去支撐而倒塌。
因此而恒星粉碎性的爆炸，能量的狂飆掃蕩天庭，這就是超新星爆發(fā)。此刻它的能量相當(dāng)于正常恒星的一百億倍，在這個(gè)超能量的瞬間，宇宙中所有的元素都被聚變出來了。象金銀首飾這種重元素，就是在超新星的爆炸中誕生的，當(dāng)我們佩戴它們時(shí)，要記住宇宙制造高檔產(chǎn)品確實(shí)是代價(jià)很高，它需要報(bào)廢一顆至少比太陽(yáng)大8倍以上的恒星，才能使我們披金戴銀。
超新星發(fā)生在一個(gè)恒星即將結(jié)束生命時(shí)，亦即在紅巨星階段，核心燃料快要消耗殆盡時(shí)，恒星會(huì)因?yàn)闆]有額外的燃料而自行崩潰。如果恒星的質(zhì)量夠大，恒星內(nèi)部的內(nèi)爆層會(huì)在接觸核心時(shí)反彈，產(chǎn)生巨大的爆裂，爆炸所產(chǎn)生的震波會(huì)將恒星的所有物質(zhì)射入太空中。
我們的太陽(yáng)將會(huì)在50億年后衰亡，因它內(nèi)部提供予核融合的燃料終於消耗殆盡。到時(shí)太陽(yáng)會(huì)變成一個(gè)主要由碳和氧組成、密度高而「寒冷」的白矮星。 另一方面，一顆比太陽(yáng)更重的恒星的中心溫度更高。這些巨大星體會(huì)在經(jīng)過一次壯觀的爆炸后滅亡，這過程稱為「超新星爆炸」。爆炸釋出的能量非常巨大，超新星爆炸的光度可能相當(dāng)於1,000億萬顆恒星同時(shí)發(fā)出的光芒。
超新星的爆發(fā)是在約一秒鐘之內(nèi)完成的。由於高能輻射與爆炸拋射出來的恒星大氣相互作用，使得超新星也可能有X射線等輻射。例如SN1987A在爆炸后100多天才被Ginga衛(wèi)星所探測(cè)到它的X射線。而光學(xué)波段的突然增亮，首先是由膨脹大氣引起的，后來則由Ni56等同位素的衰變提供能量，使得光度下降較為緩慢。圖五中給出了典型的超新星光變曲線。超新星爆發(fā)的高速拋射物與周圍介質(zhì)相互作用形成的激波引發(fā)出電波輻射，而對(duì)星周塵埃的加熱則可以產(chǎn)生紅外輻射。但這些只有周圍有稠密的星際物質(zhì)的II型或Ib、Ic型超新星才能觀測(cè)得到。
在不到一秒鐘時(shí)間內(nèi)釋放出1051~1053erg的能量（相當(dāng)於90個(gè)太陽(yáng)在其一生所釋放能量之總和）的天體，它的前身星是什么？產(chǎn)生如此巨大能量的機(jī)制是什么？這些是天文學(xué)家首先面臨的問題。
首先我們來看看Ia型超新星。在它的光譜中缺少氫譜線，而且根據(jù)統(tǒng)計(jì)它在不同類型的星系中都有可能出現(xiàn)。據(jù)此天文學(xué)家提出了Ia型超新星是密近雙星演化到晚期的終極結(jié)果的想法。設(shè)想有一密近雙星系統(tǒng)，其兩個(gè)成員星的質(zhì)量均小於8M¤ ，其中質(zhì)量大的那一個(gè)演化得比較快，在其核心燃燒完氫后，接著燃燒氦，而變成中心為碳和氧的白矮星。這時(shí)初始質(zhì)量較小的那顆成員星的物質(zhì)就被它吸積。假如物質(zhì)轉(zhuǎn)移速度小於每年10-8M¤ 的話，在白矮星周圍形成氫殼，當(dāng)它達(dá)到核融合點(diǎn)火的溫度時(shí)，其表面就產(chǎn)生核融合點(diǎn)火爆發(fā)，這就是新星爆發(fā)的現(xiàn)象，其規(guī)模比超新星要小得多。
當(dāng)轉(zhuǎn)移速率在每年10-6M¤ ~10-8M¤ 之間的話，表面同樣會(huì)產(chǎn)生核融合，而形成氦，氦形成碳，逐步使其碳核心質(zhì)量增加，直到錢氏 (Chandrasekhar) 極限的1.4 M¤ 。其中心密度可達(dá)到3×109g/cm3，而且中心達(dá)到碳點(diǎn)火的溫度。碳被點(diǎn)燃，并且融合過程從中心往外迅速傳播，在不到一秒鐘之內(nèi)傳到白矮星的最外層。其爆炸將產(chǎn)生1053erg的能量，而且爆炸規(guī)模巨大無比，以至於將這顆白矮星完全「炸飛」了。由於白矮星中的氫已經(jīng)燃燒殆盡，所以它的光譜中沒有氫線，同時(shí)因?yàn)樗且环N「老年」的恒星，因此會(huì)出現(xiàn)在不同的星系之中。
II型的超新星則不同。它的光譜中以氫線為主，而且往往出現(xiàn)在螺旋星系的旋臂上，在那裡往往有恒星正在形成。一個(gè)目前被廣泛接受的II型超新星爆炸的模型是：一個(gè)大質(zhì)量的恒星（質(zhì)量大過10M¤ ），在其最初的3000萬年甚至更短的時(shí)間內(nèi)，它的核心首先是氫融合為氦，然后氦變?yōu)樘己脱酰甲優(yōu)槟屎玩V，氧和鎂變?yōu)楣韬土颍钡阶罱K硅和硫融合為鐵屬元素。上述每種融合過程都釋放出大量的能量，維持著恒星的「生命」，而且其核心變得愈來愈密，溫度則愈來愈高，以致能夠抵抗恒星引力的收縮。但到了核心變?yōu)殍F心后，由於鐵屬元素的核束縛能最小，融合無法繼續(xù)為恒星提供能量，反而要吸收能量。引力收縮就開始，中心的密度和溫度繼續(xù)增大，到 1010K和1010g/cm3時(shí)，電子就被壓到原子核內(nèi)而形成富含中子的同位素，而高能輻射又將原子核「撕」成a粒子。這兩個(gè)過程都要吸收能量，使得重力塌縮變得更快。當(dāng)中心密度超過2.7×1014g/cm3時(shí)，塌縮不能繼續(xù)，產(chǎn)生反彈而引發(fā)超新星爆發(fā)。它將外層核融合的剩余物，包括最外層的氫向外拋，而留下一個(gè)核核心，也就是中子星。所以在光譜中有強(qiáng)的氫線，同時(shí)因?yàn)榇筚|(zhì)量恒星（壽命短；因此我們看到的都是不久前形成的）是和恒星形成區(qū)相關(guān)的，所以他們往往出現(xiàn)在螺旋星系的旋臂上。至於Ib和Ic型超新星，目前也認(rèn)為是一種稱為「沃夫─瑞葉星」 (Wolf-Rayet stars; W-R stars) 的大質(zhì)量恒星演化到晚期的結(jié)果。由於W-R星有大規(guī)模的恒星風(fēng)，質(zhì)量流失很大，因此表層已失去了氫甚至氦，所以其光譜中沒有氫線(或甚至於氦線)。
超新星1987A(1987年發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)超新星)是近代爆炸的超新星中，最靠近地球的一個(gè)，位於169,000光年外(我們銀河系的伴星系)的大麥哲倫星系。它也是自從克卜勒在1604年於銀河系中觀測(cè)到超新星以來最明亮的一個(gè)；同時(shí)是自1885年以來第一個(gè)肉眼看得見的超新星。那原來是一個(gè)藍(lán)超巨星的位置，其質(zhì)量約為太陽(yáng)的20倍。天文學(xué)家相信這個(gè)星球先是膨脹成紅超巨星，在吹開一部份的星球體后，經(jīng)過收縮與再加熱，成為一個(gè)藍(lán)超巨星。之后，在短短不到一秒鐘，整個(gè)星球的中心突然就崩垮了，一陣微中子將中心加熱至100億度。這個(gè)過程引爆出震波，將此星球炸散掉，并噴出大量的微中子到太空中。
直至1987年5月，國(guó)際紫外線探索號(hào)已在超新星的碎片中發(fā)現(xiàn)了許多化學(xué)元素，顯示出這個(gè)始祖星球已經(jīng)過了紅巨星期，證實(shí)了原來的理論。到了7月，一個(gè)日本的人造衛(wèi)星和德國(guó)的望遠(yuǎn)鏡都偵測(cè)到從碎片中發(fā)射出來的X光線。自8月到11月，更有其他的研究團(tuán)隊(duì)偵測(cè)到高能的伽瑪射線，這是在即將死去的星球中心出現(xiàn)核反應(yīng)所產(chǎn)生的放射性元素，衰變時(shí)所放射出來的。此資料證實(shí)了大家所相信的理論，即超新星會(huì)產(chǎn)生組成地球大部分的重化學(xué)元素。
超新星1987A影像
哈伯太空望遠(yuǎn)鏡先進(jìn)巡天相機(jī) (ACS) 所拍攝的超新星1987A影像，在其四周包圍著一串如珍珠項(xiàng)鏈般的氣體環(huán)，這些「珍珠」其實(shí)是超新星爆發(fā)所產(chǎn)生的沖擊波，以超過每小時(shí)6千萬公里的速度追撞上了“恒星在爆炸前數(shù)萬年所噴出, 膨脹速度較慢的氣體”。爆震波追上了這個(gè)環(huán)，由於碰撞作用，氣體受到衝擊，溫度升高到了數(shù)百萬至1千萬度，因而發(fā)出了紅外輻射。環(huán)中的塵埃是在星風(fēng)中形成的，而不是在超新星爆發(fā)中形成的。光環(huán)直徑約一光年，光環(huán)中央的長(zhǎng)橢圓形黯淡星體就是超新星殘骸，主要受超新星爆炸時(shí)所產(chǎn)生放射性元素鈦 44 衰變輻射加熱而發(fā)光，未來數(shù)十年都還將持續(xù)發(fā)光。天文學(xué)家在 1996 年首次在 SN 1987A 的外圈發(fā)現(xiàn)一個(gè)亮點(diǎn)，現(xiàn)在則可看出數(shù)十個(gè)。天文學(xué)家推測(cè)，未來幾年中還將陸續(xù)出現(xiàn)更多類似的光點(diǎn)，這些亮點(diǎn)的光會(huì)將周圍照亮，天文學(xué)家屆時(shí)將可推測(cè)超新星爆炸前是如何噴發(fā)物質(zhì)至太空中。當(dāng)震波逐漸往外移時(shí)，產(chǎn)生的紫外線和X射線輻射將加熱更多周圍過去所噴出的物質(zhì)。就如同參與錢卓研究計(jì)畫的科學(xué)家理查、麥克雷所說：「超新星1987A將會(huì)點(diǎn)亮它自己的過去」。
超新星的爆炸使物質(zhì)擺脫了引力的束縛，但鐵元素的核卻墜入引力的深淵，巨大的塌方把電子都?jí)哼M(jìn)了質(zhì)子，于是質(zhì)子全變成了中子，而中子之間沒有電磁力的排斥，原子核可以相互緊緊的挨在一起，這就形成了最致密的物質(zhì)──中子星，它一立方厘米的質(zhì)量能達(dá)到十億噸，而它引力強(qiáng)大到讓光都要成拋物線才能掙脫。把一個(gè)幾百萬公里直徑的物體壓縮成只有30公里的直徑，就是中子星，而同時(shí)被壓縮的還有磁場(chǎng)，這是一個(gè)匪夷所思的超高能核電站，它可以把表面附著的電子象高壓水柱一樣噴射出去，它們所具有強(qiáng)烈的方向性可以成為宇宙定位的燈塔。十幾年前，人類尋訪外星生命的一艘飛行器上所攜帶的人類的自我介紹，就是用多顆中子星為地球做定位。一些大的超新星爆炸之后，將會(huì)產(chǎn)生引力的奇跡──黑洞，巨大的引力把物質(zhì)化為無形，因?yàn)檫B光都要被吸回它的表面，如果把地球壓縮成一個(gè)核桃，就是黑洞，因?yàn)榈厍蚱鋵?shí)是一個(gè)強(qiáng)力和電磁力支撐的物體，如果把原子核都?xì)缌?，地球就將成為幾厘米直徑的濃縮引力的載體，黑洞的存在已經(jīng)被證實(shí)。
超新星是宇宙中4種力配合的杰作，它們共同建造一個(gè)巨大的原子鍋爐，然后以鍋爐的崩潰所激發(fā)的能量完成所有元素的制造，并且在最后的瞬間把元素都徹底的拋灑出去，正因?yàn)橛羞@種拋灑，物質(zhì)才有可能演化，否則，就象有錢不去投資，再多的財(cái)富也將沒有任何意義。恒星以自身的毀滅造就了宇宙中最偉大的新生。 在超新星的物質(zhì)彌漫之后，引力將會(huì)再次把這些物質(zhì)凝聚成天體，大的塌縮成恒星，小的形成行星，如果這顆恒星有較長(zhǎng)的壽命，而它的周圍有若干合適的行星圍繞，那么這個(gè)長(zhǎng)壽的核能和比較靠近它的行星上豐富的宇宙元素的光和熱交流，就可能最終產(chǎn)生宇宙中最復(fù)雜的物質(zhì)形態(tài)──生命。