Ia型超新星:宇宙中随时爆炸的火药桶

白矮星是一种相当稳定的天体,它们是太阳这样的恒星最终的归属,虽然不再主动发光发热,但是从上代恒星那继承的热量还是会让白矮星存在很久很久。但是如果白矮星位于某个双星系统中,那情况就会有很大的不同,处于双星系统中的白矮星就像是一个随时爆炸的火药桶一样,冷不丁的就会产生一次Ia型超新星

G299星云是一个Ia型超新星遗迹
G299星云是一个Ia型超新星遗迹

Ia型超新星指的是双星系统中的白矮星不断的从它的伴星上吸收物质(主要是氢),随着白矮星不断的吸收物质,它的质量会不断变大,一直达到1.44个太阳质量的极限(钱德拉塞卡极限)时,白矮星就会重新点燃自身的核聚变反应,从而产生Ia型超新星爆发

Ia型超新星发生的具体过程是这样的:白矮星不断的吸收物质,当达到1.44倍太阳质量的时候,因为它自身的质量太大了,会导致白矮星核心的压力和密度继续增加从而提高核心的温度。当白矮星的质量接近极限质量99%的时候,在白矮星内部会出现一段对流期,这个对流期大约能够持续1000年时间,在这个期间内,白矮星就可能点燃自身的碳核聚变,当碳核聚变结束后,又会产生氧核聚变

这些更重元素在白矮星内部不断的合并,并产生热量,从而使得白矮星的温度继续升高。如果是普通的主序星,还可以通过膨胀和冷却自身来调节自身的温度,但是简并压力和温度无关,所以白矮星是无法像普通恒星那样调节温度,最终只有一个结果,那就是白矮星会被自身失控的核聚变反应摧毁。

双星系统中的白矮星正在不断的吸收伴星中的物质,最终会导致白矮星的质量突破极限,从而引发Ia型超新星爆发
双星系统中的白矮星正在不断的吸收伴星中的物质,最终会导致白矮星的质量突破极限,从而引发Ia型超新星爆发

目前科学家还不知道Ia型超新星究竟是怎么被点燃的,但是普遍认为白矮星中大部分的碳和氧元素会在短短几秒钟的时间内融合成更重的元素,而在融合的过程中释放的能量会将白矮星内部温度提高到数十亿度,这些能量足够将白矮星炸成碎片。

当Ia型超新星爆发的时候,白矮星碎片物质将会以5000~20000公里/秒的速度被炸飞,这个速度相当于光速的6%,爆炸一瞬间的能量将会产生极大的光度,大约比太阳亮度还要亮50亿倍。

如果你刚才能够细心阅读本文的话,那么可能会注意到一个关键词:钱德拉塞卡极限,这是指的白矮星的质量上限就是1.44倍太阳质量,超过这个质量的白矮星就会发生各种事情,比如两颗白矮星合并可能会产生中子星,或者就如本文讲的Ia型超新星爆发。

当白矮星的质量达到钱德拉塞卡极限的时候,就会引发超新星爆发
当白矮星的质量达到钱德拉塞卡极限的时候,就会引发超新星爆发

但是这个极限值的存在就会导致如果是Ia型超新星爆发的话,那么所有的Ia型超新星都具有一致的峰值光度,因为这些爆发的白矮星的质量都是一样的嘛。

正是因为这样的特性,所以Ia型超新星的峰值光度也被用作标准烛光来测量Ia型超新星的距离。

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