超新星：太阳系简史及SN1987A的遗迹

大质量恒星的内核不断坍缩的同时，外层因受到中微子挤压会变热，温度、压力的剧增使这些层面爆发了强烈的核反应。这时它产生的能量强度，相当于这颗恒星在之前的全部生命中所产生的全部能量的总和。最终这种爆发式的能量使恒星发生剧烈爆炸，并完全解体，外层的残骸以接近光速的速度被抛出去，最终成为一颗超新星。

在爆炸过程中，大部分富含铁的元素仍然困在恒星内核中。但是，恒星的外壳在突然爆发的核反应中也产生了大量重元素，以铁元素居多，这些重元素以极快的速度被抛向太空。核反应还形成了大量中子，它们很快就被邻近的原子核俘获。这些新合成的原子核大多都不稳定，但由于中子的数量实在太多，原子核都还没来得及衰变就又吸收了其他中子进来，许多罕见元素和超重元素，包括铀和钚，就是这样产生的。B2FH将这一过程称为“r过程”，其中“r”是英文“快”（rapid）的缩写。

除此以外，还有一种情况同样可以触发超新星爆炸。宇宙中有很多恒星都属于双星系统，即两颗恒星绕着共同重心旋转。在一对双星中，质量较大的一颗演化得快些，所以也会最先燃尽氢燃料，进而成为红巨星或白矮星。等另一颗也发展成红巨星后，白矮星的引力会将红巨星的部分外层气体拉拽到自己身上，当白矮星的质量堆积得足够大后，已经熄灭了的核反应再次被点燃，核反应迸发出的强大能量使白矮星发生爆炸。r过程中产生了重元素，然后超新星把这些元素都喷射进太空中，这个步骤和单颗恒星形成超新星的情况一样。

图6-4　2003年（超新星爆炸16年后），哈勃空间望远镜拍摄到的超新星SN 1987A的遗迹。它的四周围绕着一圈直径约一光年的明亮物质环，是由爆炸产生的冲击波强烈撞击该星在约20000年前形成的气体环的结果。位于该环中心的那团黯淡的星云由喷出的尘埃构成，它正变得越来越大，并由于放射性同位素（主要是钛-44）的衰变而慢慢变热［图片来源：NASA，P.Challis，R.Kirshner（Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics）and B.Sugerman（STScl）］(www.xing528.com)

超新星非常罕见。过去400年间，天文学家没有在银河系中发现一颗超新星。1987年，随着一颗超新星出现在与我们银河系毗邻的大麦哲伦星系，天文学家收获了非常好（接近最好）的天文发现。这颗超新星的前身（一颗巨星）在此前的100多年里曾经被多次观测到，只是那时没有露出任何不寻常的迹象。一直到1987年2月23日，它突然在宇宙空间中迸发出强烈的光。与此同时，地球上的深埋式探测器显示有一股中微子正在穿过地球，这是中微子第一次在除太阳以外的宇宙星体中被探测到。

在接下来的三个月里，这颗超新星一直稳定地逐渐变亮，然后又再次变暗。最亮的时候，它可以用肉眼从南半球看到。它的光来自一团持续膨胀的气体云，这团气体云实际上是该恒星外层大气的残骸，以及超新星爆炸时形成的放射性元素钴和镍衰变所释放出的能量。几个月后，这团气体云已经大到可以看到它的内部。它的光谱清楚地表明，这团气体云里含有大量重元素，这有力地证明了恒星在消亡时，内部会合成新元素，并且会将这些元素喷射到太空中。

死亡恒星喷射出来的物质源源不断地滋养着气体云，然后气体云再孕育出新的恒星。太阳系形成时，银河系中已经有约2%的物质被转化成比氦更重的元素。下一章里，我们将看到太阳是如何由星际空间里的稀薄气体和尘埃演变而来的。