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钱德拉x射线天文台的图像展示了开普勒超新星遗迹 ， 这个著名的Ia型超新星由约翰尼斯·开普勒于1604年发现 。 （图片来源：NASA/CXC/NCSU/M.Burkey et al; Optical: DSS）
放射性铀形成的 “微型雪花”会引发巨大的核爆炸 ， 这有望揭示宇宙中更多奇妙的恒星爆炸事件 。
当小恒星死亡时 ， 它们会逐渐冷却形成白矮星 。 新的研究表明 ， 铀原子在这些老化的白矮星冷却时会下沉到其中心 ， 冻结成雪花般的晶体 ， 其大小不超过沙粒 。 伊利诺伊州立大学理论物理学家马特·卡普兰（Matt Caplan）表示 ， 在那里 ， 这些“雪花”可以充当宇宙中一些最小的核弹 ， 成为“点燃火药桶的火花” 。 了解这些爆炸的发生机制对于研究元素的产生乃至宇宙的膨胀都是极为重要的 。
图中所示的黯淡恒星爆炸隶属于Ia型超新星 ， 这种双星系统由白矮星和一颗伴星组成 ， 白矮星不断吸取伴星的物质 ， 当达到临界质量时爆炸就会产生 。 由于白矮星质量受限于1.44个太阳质量的钱德拉塞卡极限 ， 超过该质量就会坍缩爆炸 ， 学者认为它们在爆炸时具有相同的质量 ， 具有一致的亮度 ， 那么距离地球的不同 ， 会导致观测亮度不一 ， 所以可以在天文观测上承担起里程计量的任务 。
天文学家注意到一些Ia型超新星比理论上更暗 ， 最新发表在《物理评论快报》的一项研究 ， 提出了一种解释 ， 这或许由低质量的白矮星自爆产生 ， 它们既没有伴星也没有从邻近恒星中获取物质 。 印第安纳大学理论核天体物理学家查克·霍洛维茨表示 ， 或许有的白矮星不需要伴侣 ， 单一一颗恒星也可以发生爆炸 。
恒星原子弹的诞生
白矮星是质量小于10倍太阳质量的恒星遗迹 ， 外层脱落后逐渐变得寒冷 ， 未燃尽的核中大部分是碳和氧元素以及包括铀在内的少部分元素 ， 历经数以万计的岁月 ， 原子冻结 ， 其中最重的元素最先固化沉积在核中 。
科学家通常认为这些单个白矮星最终会缩减为冰冷的黑矮星 ， 但在某些情况下 ， 这一进程会转变成为一场核爆炸做准备 。 当下沉的铀原子相互碰撞时 ， 它们会冻结 ， 形成微小的放射性雪花 ， 用不了一个小时 ， 一个从核中经过的流氓中子撞向了雪花 ， 引发了一个原子核的裂变 ， 接着链反应被激发 ， 就像核弹的连锁反应一样 ， 引燃了其他部分 ， 导致自爆成为超新星 。
对于上述链反应的发生 ， 是需要大量的放射性同位素U235 ， 由于同位素自然衰减 ， 研究人员认为这类超新星只可能在具有短寿命的大质量恒星中出现 。 小质量恒星 ， 例如太阳 ， 距离寿终正寝还有50亿年时间 ， 到变成白矮星时残留的U235已不足以引发超新星爆炸 。
这项工作也引发了不少科学家的兴趣 ， 加州大学圣克鲁斯分校的天文学家瑞安·福利表示 ， 如果真的有单个白矮星自爆 ， 这将会非常有趣 。 他也指出 ， 黯淡的Ia型超新星大多数来自于古老恒星群 ， 并不像该研究指出的年轻恒星中 ， 在短寿命星系群中很少或者几乎没有Ia型超新星 。
尽管该项研究表明这一机制在理论上可行 ， 但目前尚不清楚单独恒星的自爆进程 ， 他们产生的频率以及确切的引发机制 。
卡普兰向《生活科学》表示 ， 我们迫切的需要模拟计算来验证雪花是否能够引发连锁反应 ， 造成恒星的爆炸 ， 即使不能完全的引爆 ， 我们也想看看核内是否会产生一嘶嘶火星或者微弱的火花 。
相关知识
超新星是某些恒星在演化接近末期时经历的一种剧烈爆炸 。 这种爆炸都极其明亮 ， 过程中所突发的电磁辐射经常能够照亮其所在的整个星系 ， 并可能持续几周至几个月甚至几年才会逐渐衰减 。 而在此期间 ， 一颗超新星所释放的辐射能量可以与太阳在其一生中辐射能量的总和相当 。
BY:Mara Johnson-Groh
FY: gxm
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