超新星遗迹，是大质量恒星死亡前发生灾难性的爆炸后，原来恒星包层中的物质被抛射到星际空间而形成的，而爆发后在中心留下来的核心就成了中子星或黑洞。
超新星遗迹的诞生
超新星遗迹W49B
超新星遗迹的诞生，伴随着星体的剧烈爆发。这种爆发主要有两大类，一类是核燃烧导致的超新星爆发，另一类是常说的引力坍缩型超新星爆发。
超新星SN 2014J 爆发
第一类核燃烧导致的超新星爆发，大家可能对其比较陌生。假设有一个密近双星系统，其成员星为一颗碳-氧白矮星（即主要由碳氧两种元素为主构成的白矮星）和一颗主序星或红巨星。白矮星的引力比较强，会从其伴星吸积物质，使得质量增加，当质量达到太阳质量的1.4倍时，白矮星再也无法支撑其引力，于是就会坍缩，温度迅速升高，从而点燃白矮星上的物质，发生核燃烧。这种情况下的核燃烧是不稳定的，它的能量不会像太阳内部进行的核反应那样，有规律地、稳定地释放出来，而是急剧释放不受控制，会迅速炸毁整个白矮星，中心不留下任何残留天体。这也就是Ⅰa型超新星爆发。这类超新星爆发可以用来作为测量宇宙尺度距离的“标准烛光”—宇宙在加速膨胀，就是通过观测这类超新星爆发而得出的结论。
第二类是引力坍缩型超新星爆发。根据恒星质量的不同，星核的引力坍缩存在三种类型。对于大质量（10倍太阳质量以上）恒星，经一系列的核燃烧过程，最终在核心形成铁核。不过，铁核的核燃烧不是释放能量，而是吸收能量。这样一来，铁核就会失去抵抗强大引力的压力而发生坍缩，从而导致超新星爆发。中等质量（8～10倍太阳质量之间）的恒星，因质量有限，只能燃烧到核心产生氧、氖、镁等元素的程度。氧-氖-镁核心会通过俘获电子而使得核心压力降低，触发引力坍缩导致超新星爆发。对于前面介绍过的白矮星，除了核燃烧导致超新星爆发，还可以通过引力坍缩导致超新星爆发。当白矮星从其伴星中吸积的物质使得电子被俘获的过程得以发生，同样会导致压力降低，引发坍缩。Ⅰb，Ⅰc型和Ⅱ型超新星爆发都是引力坍缩的结果。与白矮星的核燃烧不同，引力坍缩后会留下致密残骸—中子星或黑洞。
小型超新星爆发
无论何种产生机制，爆发后的物质都会被抛射到星际空间，形成我们看到的美丽、奇幻的超新星遗迹。
超新星遗迹的能量来源
物质被抛射到星际空间后就变得十分稀薄、弥散，自然也就不再会有核反应为其发光发热提供能量了。但是，我们看到的超新星遗迹的确是在发光，在向外辐射能量。这又是为什么呢？原来，答案就在深藏于超新星遗迹内部的中心星，也就是前身星死亡时残留下来的残骸—脉冲星之中。可能有读者会问，脉冲星和弥散的遗迹之间有广阔的空间相隔，脉冲星是如何能让遗迹发出辐射呢？答案就是“磁场”。
脉冲星会具有高达万亿高斯量级的超强磁场。如果这么高的磁场是“死”的，那也没什么特殊的。好就好在脉冲星这超高的磁场是“活”的—它会在脉冲星表面激发出高达每厘米千亿伏特量级的超级电场。正是脉冲星这极高的电场和磁场，既为脉冲星提供射电和高能辐射，又为超新星遗迹源源不断地注入“相对论性”的电子（即运动速度接近光速的高能电子）。一方面，这些相对论性的电子在超新星遗迹的微弱磁场中运动，以同步辐射、曲率辐射的方式辐射能量而发光。另一方面，来自脉冲星的高能辐射，比如X射线光子、γ光子会使得遗迹中的物质粒子（分子、原子等）发生电离，这些被电离的粒子在复合的过程中会从高能级跃迁到低能级而发光。这就使得稀薄、弥散的超新星遗迹能持续为我们所见。著名的蟹状星云就是如此。观测表明，如果蟹状星云以现在的功率辐射能量，它的光辉会在30年左右的时间内消逝，我们再也不可能观测到美丽的蟹状星云。正是因为中心的脉冲星源源不断地为蟹状星云提供相对论性的电子，才得以维持蟹状星云的辐射。
蟹状星云
蟹状星云
超新星遗迹形态的分类
超新星爆发时，原来星体的包层被抛射到星际空间后，以非常高的速度膨胀，这些物质与原来星际空间中的相互作用，形成我们看到超新星遗迹。超新星遗迹的形态多样，但大致可以分为三类：壳层型、实心型和混合型。
壳层型的主要特点就是有较明显的壳层结构，一般表现为环状结构，最典型的就是位于天鹅座的天鹅环遗迹。此外，第谷超新星遗迹（SN 1572）、开普勒超新星遗迹（SN 1604）都是壳层型的。
天鹅环星云
典型的壳层型超新星遗迹—天鹅环星云（Cygnus Loop Nebula）。这是由NASA的“星系演化探测器”(GALEX，Galaxy Evolution Explorer）在紫外波段观测到的。这些纤维状的气体和尘埃，由超新星爆发时冲击波压缩加热所致。天鹅环超新星遗迹位于天鹅座方向，距我们约1500光年，其前身星在5000～8000年前发生了超新星爆发。
第谷超新星遗迹SN 1572
实心型，可能会让人“颇有微词”。你也许会想，超新星遗迹的物质都很稀薄、很弥散，何来“实心”之说？当然，这主要是根据亮度来判断的。所谓实心型，是指中心亮度最高，发光物质弥散分布的超新星遗迹。蟹状星云就是实心型的典型代表，因此，实心型又称为“类蟹状星云型”。实心型的超新星遗迹中心往往有致密星（脉冲星）为其提供能量，这也是其中心最亮的原因。
混合型，就是兼具壳层结构和发光物质弥散分布两者的特征。混合型超新星遗迹中心也有致密星为其提供能量，而壳层结构，则是超新星爆发时抛射的物质与星际介质相互作用形成的“边界”。这里有个前提，就是要求星际介质的密度不能太低，否则无法形成这个边界壳层。著名的仙后座A超新星遗迹就是混合型的。
仙后座A超新星遗迹
这是典型的实心型的遗迹。它在仙后座方向，距地球约10000光年，其前身星爆发时的光在300多年前才第一次到达地球，但当时并没有关于这颗超新星爆发的记载，这可能是因为星际尘埃吸收了当时爆发时的可见光。这张图是结合了斯必泽空间望远镜、哈勃空间望远镜(Hubble Space Telescope)和钱德拉X射线天文台(Chandra X-ray Observatory）的观测数据而得到的。其中，红色部分为斯必泽在红外波段、黄色部分为哈勃在可见光波段、绿色和蓝色为钱德拉在X波段所观测到的结果。
联系客服
