为什么星星会爆炸？

我总是听到纪录片的叙述者说，一颗恒星爆炸了，因为它没有燃料了。通常情况下，当燃料过多时会爆炸，而不是在燃料用完时爆炸。请解释...

star explosion

— 劳伦·劳伦斯·麦克拉里
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一个（足够大的）恒星有很多问题。引力试图将所有这些东西集中在质心，因此需要将某些东西推回去。对于一颗恒星来说，核心产生光的融合过程就是向后推。某一时刻，恒星的燃料用完了，“推出”消失了，所以一切都迅速塌陷到了中心。然后爆炸。

— 托尔比约恩Ravn的安德森

@ThorbjørnRavnAndersen一个关键点是，它不是一切崩溃。如果是那样的话，释放的重力势能甚至不足以扭转坍塌，继续爆炸。只有核心崩溃了。信封被吹到太空之前一直幸福地没有意识到坍塌的情况。

— 罗布·杰弗里斯

此SE是否允许“答案作为评论”？

— dav1dsm1th

@ dav1dsm1th不，在任何SE上都不允许。但是，这是相当普遍的做法。并不是每个人都有时间写下完整的答案，所以他们记下了一切，并希望有人能把它充实成完整的答案。

— Setsu

@Setsu很高兴听到。希望这些评论会在某些时候被清除（包括我的声音）。

— dav1dsm1th

Answers:

简短答案：

惰性铁芯的快速坍塌释放出的重力势能的一小部分转移到了外层，这足以为观察到的爆炸提供动力。

更详细地：

考虑理想化模型恒星的能量学。它具有质量和初始半径的“核” 以及质量和半径外壳。 $M$ $R_0$ $m$ $r$

现在假设芯折叠到一个更小的半径这样的短时标，它从信封解耦。重力势能释放的量将是。 $R \ll R_0$ $\sim GM^2/R$

$\sim Gm^2/r$

$R_0\sim 10^4$ $R\sim 10$ $r \sim 10^8$ $M \sim 1.2M_{\odot}$ $m \sim 10M_{\odot}$

$\sim 1$

强大的核力和中子简并压力阻止了崩溃。核心反弹；冲击波向外传播；大部分引力能量存储在中微子中，其中的一部分转移到中微子逃逸之前的激波中，从而带走了外壳。Woosley＆Janka（2005）对此内容和上一段进行了很好的描述。

G M^{2} / R = 4 \times 10^{46} J

$GM^2/R = 4\times 10^{46}\ {\rm J}$

G m^{2} / r = 3 \times 10^{44} J

$Gm^2/r = 3\times 10^{44}\ {\rm J}$

因此，为了推动超新星爆炸，只需要将坍塌核释放的势能的1％量级转移到包层即可。尽管超新星找到了解决之道，但实际上这还没有得到详细的了解。

一个关键点是，快速坍缩仅发生在恒星的核心。如果整个恒星坍塌，那么大部分引力势能将以辐射和中微子的形式逸出，甚至没有足够的能量来扭转坍塌。在核心坍塌模型中，大部分（90％+）释放的重力能量以中微子的形式损失掉了，但是剩下的仍然很容易将未塌陷的外壳解开。坍塌的核保持束缚，并成为中子星或黑洞。

引起恒星（白矮星）爆炸的第二种方法是热核反应。如果可以在核聚变反应中点燃碳和氧，则释放出足够的能量以超过白矮星的重力结合能。这些是Ia型超新星。

— 罗布·杰弗里斯
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值得注意的是，核心坍缩超新星的模型通常无法持续产生超新星。在模拟中，冲击通常会停止，即使这种情况没有发生，模拟通常也很难匹配观察到的光度。本文的简介很好地介绍了该领域的一些困难：adsabs.harvard.edu/abs/2012ApJ...746..106P

— J. O'Brien

我的问题将是广义上的，为什么随着稳定点在任何参数空间中徘徊，为什么爆炸而不是平稳过渡。关键点是，当您有足够的温度/密度将质子和电子结合在一起时，突然间所有东西都将被移除，从而使它掉落，可以进一步增加密度，再移除更多……但是接下来又为什么呢？牛逼的是一个过程，可以“缓慢”上升和保持一定的稳定性？难道恒星不会从没有电子捕获到所有电子捕获？

— 尼克T

@ J.O'BrienAntognini实际上，模型很难解决如何传递所需的1％的能量-正如我在上文中提到的。但是真正的恒星已经知道了这一点，没有人质疑能量的来源。

— 罗布·杰弗里斯

@NickT确实是失控的不稳定。电子的捕获以阈值密度发生，因为退化的电子具有不同的，取决于密度的最大能量（它们没有麦克斯韦分布）。电子的消失降低了压力，因此恒星坍塌，从而增加了退化电子的密度，从而增加了其最大能量，从而使越来越多的电子参与中子化。结果是发病后一秒钟内完全崩溃。

— 罗布·杰弗里斯

@RobJeffries这是事实，尽管还应该指出的是，很有可能是大部分质量超新星失效的大质量恒星！因此，尽管有几位明星肯定知道了这一点，但不一定所有人都如此！有一些宽松的约束条件使超新星发生故障的比例介于5％和50％之间：adsabs.harvard.edu/abs/2016arXiv161002402A

— J. O'Brien

给出更简单的答案。（是的，非常简化，但是应该引入基本概念）。

一颗恒星通过较轻元素之间的核聚变而“燃烧”，例如氢变成氦。燃烧产生的热量和能量不断推动着恒星内部的物质。熔化的氢产生足够的能量以阻止其塌陷到中心。

当恒星开始用尽燃料时，“火”变冷，而推出则变弱。

最终，推动还不足以使恒星分开，而一切都又冲回了一起。坍塌释放出大量能量，导致爆炸。

— 蒂姆·B
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“当恒星开始用尽燃料时，“火”变冷，而推出则变弱。” 直到超新星爆炸之前，恒星核心的温度一直持续升高。

— 罗布·杰弗里斯

@RobJeffries我并没有声称自己是专家，但我的理解是，这是由于重力坍塌释放了势能，而不是正在进行的聚变产生的热量吗？“大火”变得越来越冷，但其他因素正在取代。

— Tim B

重力势能到热的转换最多是最小的。温度升高实际上是由于芯中越来越重的元素持续融合所致。例如，阅读此Wiki页面。

— zephyr

很简短，但是我会像Rob Jeffries一样在描述中加上“反弹”一词。它很生动，比“引起爆炸”更能完美地完成您的描述

— Mike Wise

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