超新星爆发的威力究竟有多大？

摘要：超新星爆发是宇宙中最高能的事件之一，它通常是大质量恒星在演化末期经历的一种剧烈爆炸。这种爆炸极其明亮，通常整个星系都会被它的光芒照亮。而且整个过程会持续相当长的一段时间，一般可以几周、几个月甚至是几年。对地球上的人类来说，这就像天上突然出现了颗非常亮的星，因此

超新星爆发威力究竟有多大？

高等文明毁灭一颗星球只是科幻中的桥段，现实中一颗星球被摧毁往往有着更普遍的方式。

超新星爆发是宇宙中最高能的事件之一，它通常是大质量恒星在演化末期经历的一种剧烈爆炸。这种爆炸极其明亮，通常整个星系都会被它的光芒照亮。而且整个过程会持续相当长的一段时间，一般可以几周、几个月甚至是几年。对地球上的人类来说，这就像天上突然出现了颗非常亮的星，因此人们称其为“超新星（Supernova）”。

要评估超新星的破坏力，首先要搞清楚它究竟是如何爆发的。其实超新星爆发可以分成两种情况：一种是白矮星这种简并态的恒星残骸，通过吸积伴星的物质或者合并其他白矮星，使自身质量达到1.44倍太阳质量（也就是钱德拉塞卡极限）时，核心温度会升高到足以开始碳聚变的程度。如此剧烈的能量释放却没有足够的物质向内压缩予以抗衡，于是失控的热核反应会把整个白矮星从内到外彻底摧毁，也就是直接炸开，这种超新星被称为“Ia型超新星”。

除了Ia型这种把自己吃撑了的超新星，另一种超新星被称为核心坍缩型超新星。除了Ia型以外，其他所有的（像是Ib/Ic以及各种II型超新星），它们都属于核心坍缩型超新星。这种超新星是一颗大质量恒星到了演化末期，内部的核燃料耗尽，无法再通过辐射压抵抗自身的引力塌陷，于是核心物质开始不断向中心挤压，直到把核外电子压入原子核，成为中子简并态。伴随坍缩过程的是巨大的引力势能被释放，产生的冲击波会把核心以外的物质全部抛射出去，形成超新星爆发，而最后剩下的中子简并态的核心就是中子星。倘若原本的恒星质量非常大，以至于剩下的中子星质量超过了奥本海默极限（1.5~3倍太阳质量），那么坍缩过程还会进一步继续，直至突破中子简并态成为黑洞。

这两种超新星哪个更厉害呢？

从光度方面来说，Ia型超新星因为炸得非常彻底，几乎是将整个星体的质量全部都转化成了能量释放出去，所以它的峰值光度非常高，通常是太阳光度的数十亿倍。而核心坍缩型超新星，虽然峰值光度也很高，能够达到太阳的数亿倍，但是相对前者还是逊色不少。

你可能会想：“光亮有啥用，又没什么破坏力。”确实，即使是X射线、伽马射线这种高能辐射，除了能对地球生物圈带来影响外，它对地球本身并不能造成太多伤害。所以我们需要考虑更直接的破坏方式，比如冲击波。

“宇宙几乎真空，怎么会有冲击波？”对于超新星来说，这里的冲击波主要来源于恒星抛射出的物质。那些被高速抛射出的粒子携带了巨大的动能，它们就像从枪膛中射出的子弹，直接撞击遇到的物体，这种撞击无疑是极具破坏性的。另外，这种冲击波在向外传播的过程中，还会与星际介质相互作用。这种相互作用可以加速星际介质中的粒子（费米加速机制），使它们获得极高的动能，这也是许多高能宇宙线的来源。

对于Ia型超新星，冲击波是它释放能量的主要方式。不过由于钱德拉塞卡极限的存在，Ia型超新星释放的能量相对固定。因为一旦白矮星质量达到了1.44倍太阳质量，它必然会发生爆炸，这也是它被作为标准烛光用来天文测距的原因。而对于核心坍缩型超新星，虽然它抛射的只是核心以外的物质，但是由于这种恒星都是些大质量恒星，所以它们抛射出来的物质会更多，通常可以达到几倍乃至十几倍太阳质量。

不过考虑到Ia型超新星发生在较小的空间范围内，爆炸来得更猛烈，所以它产生的冲击波也会更加剧烈。而核心坍缩型超新星，虽然抛射物质的速度相对慢一点，但架不住人家量大，所以整体的动能并不见得比前者小，甚至还要高得多。

除此之外，核心坍缩型超新星还有个“杀手锏”，就是“伽马射线暴（Gamma-ray burst, GRB）”。

在大质量恒星的核心坍缩成中子星或黑洞的过程中，中子星或黑洞会因为吸积物质而形成强大的相对论性喷流。这些高速喷流在突破恒星外层以及周围物质时，会产生强烈且准直的极高能伽马射线辐射，它便是被称为宇宙最亮事件之一的伽马射线暴，其瞬时光度可以达到太阳的万亿倍。但对于Ia型超新星来说，由于它已经被完全炸碎，不存在任何中心吸积，所以不会形成喷流，自然也不会产生伽马射线暴。