超新星是怎么来的？为什么恒星死亡之后会发生大爆炸？

恒星爆炸的原因即将要水落石出。

恒星在死亡之后会变成超高密度的白矮星，而这些白矮星在它们的伴星上吸走了一定的物质之后就会发生爆炸，形成IA型超新星，这种IA型超新星是宇宙中最为壮观的事件之一。

除了壮观之外，这些爆炸对天文学家来说也非常重要;由于IA型超新星具有相对固定的亮度，所以科学家们可以将IA型超新星当做为“标准烛光”来确定宇宙天体间的距离。

早在20年前，科学家们对IA型超新星的观测就揭示了宇宙正在加速膨胀的事实，这一惊人的发现为三位研究人员赢得了2011年诺贝尔物理学奖，并引出了暗能量这一个神秘排斥力的假设。

但这类研究只是把IA型超新星当作为工具而已。要深入研究这些深空爆炸的内部原理是非常困难的。

康涅狄格大学机械工程副教授Alexei Poludnenko表示：“很讽刺，虽然我们有非常多观测数据，但我们仍然不了解它们的工作原理。在过去的几十年里，理论家们在这方面一直停滞不前。”

他补充说，这种停滞部分是因为IA型超新星的爆炸过程仍然非常神秘。具体来说，我们还不清楚到底是什么促使了“deflagration”(“缓燃”，一种火焰以低于音速的速度移动)到“detonation”(“爆燃”，一种由超声激波驱动的更强大的爆炸事件)之间的转变。

不过，由Poludnenko领导的这项新研究，可能会在很大程度上帮助科学家们理清头绪。

他和他的同事使用一个新设计的模型模拟了deflagration到detonation的关键转变过程(DDT, deflagration-to-detonation transition)，并且在实验室使用化学火焰来验证了这些结果和模型的有效性。

研究人员发现，在IA型超新星中，如果由火焰产生的湍流足够高的话，DDT就可以自发地发生。

中佛罗里达大学机械与航空航天工程助理教授、该研究的共同作者Kareem Ahmed在一份声明中说：“我们定义了一个关键的标准，在这个标准中，我们可以让火焰自行产生湍流，自发地加速，然后转变为爆燃。我们利用湍流来加强反应的混合，让它变得更加剧烈，并且最终演变成超新星。”

研究小组还认为，这个过程并不只会在超自然热核爆炸中出现。(这项新研究没有涉及II型超新星，这类超新星会在大质量恒星死亡和坍缩的时候发生。)

Poludnenko说：“这和在化学系统中发生的机制是一样的，比如氢-空气或甲烷-空气。所以所有这些背后的原理都是一样的。”

该团队还计算出了导致白矮星变成超新星的条件。Poludnenko和他的同事在昨天(10月31日)发表在《科学》杂志网络版上的新研究中写道，这一切都由密度决定：“在密度为每立方厘米10^7到10^8克的情况下，白矮星会不可避免地发生DDT。”

这种密度大得超出了人们的想象，但也合乎情理之中，毕竟白矮星将大约一半的太阳质量压缩进了一个只比地球稍大一点的天体里。(地球的密度是每立方厘米5.5克。)

Poludnenko希望这项新研究有助于科学家们对IA型超新星进行更深入的研究。他说，下一步研究将会把团队的模型应用到不同的爆炸场景，并开始确定DDT的细节。

这样的研究可能会对宇宙学和天体物理学造成深远的影响。例如，尽管IA型超新星具有相似的固有亮度，但超新星亮度之间还是存在一些差异的，Poludnenko说。这些细微的差异可能会给天文学家的计算带来偏差。

“这些偏差非常重要，因为它们会影响我们对宇宙距离的测量，以及我们测量暗能量属性的方式，”Poludnenko说。

他补充说：“而如果我们知道这些天体的工作原理的话，我们就可以尝试发现这些偏差，”他举例说，古老星系的IA型超新星与年轻星系的IA型超新星可能会有着不同的亮度。

研究小组成员说，这项新研究在地球上也有一些应用，它可能会改进飞机和航天器的推进系统，提高做功效率。

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