2.超新星的观测及其意义
除了在可见光区观测到的超新星遗迹外，通过专门用来观测来自太空的X射线的人造卫星“爱因斯坦天文台”，人类发现了不少天上的X射线源，其中有30个以上是X射线超新星遗迹。1572年出现的隆庆彗星，即第古新星，就留下了X射线遗迹。超新星冲击波使得星际介质温度高达几百万开，并辐射出强烈的X射线。这是一颗典型的Ⅰ型超新星。
使用射电望远镜，可以发现仅由最稀薄气体构成的超新星遗迹。
比如，是射电天文学家最先发现了仙后座A这一超新星遗迹，后来在光学波段，也发现了它的极暗弱的对应体。
超新星爆发和宇宙线的产生也有一定的关系。星际介质中的粒子运动速度，一般都在每秒几十千米范围内，但是也有某些特殊情况-有的粒子运动速度，可以接近光速，这就是宇宙线。宇宙线是由一些物质粒子如电子、质子等组成的，在本质上完全不同于电磁波。一般来说，由于地球大气对宇宙线的吸收作用，探测宇宙线必须到大气层之外。如果搭乘气球上升到50千米的高空，就可以用底片拍摄宇宙线的踪迹。
只有极少数能量极高的宇宙线，可以到达地球表面。但是，当高能宇宙线与地球大气发生作用时，会引发一种闪光效应，同时产生二级宇宙线，在地球表面探测二级宇宙线，是比较容易的。
实验表明，一些能量较低的宇宙线，受到太阳活动的影响。比如，太阳活动有一个11年左右的周期，而观测到的低能宇宙线，也随着这个周期而有所变化。另外，当太阳活动增强时，会使得地球周围的磁场增强，从而使在地球上观测到的宇宙线活动减弱。相反地，宇宙线流量的最大值，往往出现在太阳耀斑等活动最小的时刻。
观测也表明，绝大部分宇宙线，是来自遥远的宇宙深处的超新星爆发。
因为宇宙线常常会因为星际磁场的作用，而改变运动方向，我们很难判断它的辐射源在哪里。但宇宙线在与星际介质发生作用时，会辐射出γ射线；而γ射线是电磁波，运动方向不再受磁场的影响。
美国宇航局曾发射了专门观测宇宙γ射线的人造卫星。观测结果表明，宇宙γ射线的分布，与发现的超新星的分布，有很好的相关性。
这就在很大程度上，支持了宇宙线来自超新星爆发的观点。
超新星事件和新星事件，还有一个本质性的区别，即新星的爆发只发生在恒星的表面，而超新星爆发发生在恒星的深层，因此超新星博爱法的规模要大得多。
超新星爆发时散落到空间的物质，对新的星际介质乃至新的恒星的形成，有着重要的贡献，但这些物质来自死亡恒星的外壳。
超新星，处于许多不同天文学研究分支的交汇处。超新星，作为许多种恒星生命的最后归宿，可用于检验当前的恒星演化理论。
在爆炸瞬间以及在爆炸后观测到的现象，涉及各种物理机制，例如中微子和引力波发射、燃烧传播及爆炸核合成、放射性衰变及激波同星周物质的作用等。而爆炸的遗迹，如中子星或黑洞、膨胀气体云，起到加热星际介质的作用。
超新星，在产生宇宙中的重元素方面，扮演着重要角色。大爆炸只产生了氢、氦以及少量的锂。红巨星阶段的核聚变，产生了各种中等质量元素（重于碳但轻于铁）。而重于铁的元素，几乎都是在超新星爆炸时合成的，它们以很高的速度，被抛向星际空间。此外，超新星，还是星系化学演化的主要“代言人”。在早期星系演化中，超新星起了重要的反馈作用。星系物质丢失以及恒星形成等，可能与超新星密切相关。
由于非常亮，超新星也被用来确定距离。将距离同超新星母星系的膨胀速度结合起来，就可以确定哈勃常数以及宇宙的年龄。
3.超新星爆炸为什么形成黑洞
超新星，在大质量恒星演化到晚期，内部不能产生新的能量，巨大的引力将整个星体迅速向中心坍缩，将中心物质都压成中子状态，形成中子星，而外层下坍的物质遇到这坚硬的“中子核”反弹，引起爆炸。这就成为超新星爆发，质量更大时，中心更可形成黑洞。
首先，星体的质量巨大，是超新星爆发的主要原因。因为这样的星体核反应迅速，内核的温度极高，强劲的引力收缩更提升了内部的温度，使得核反应不断升级，直到不再能产生核能的生成铁核的聚变反应为止，此时内核温度已达几十亿度，原来顶住引力向内挤压的热核反应的热量所产生的向外的压力已枯竭，更要命的是，此时的高温使中微子大量产生，它一下子就带走了内部的许多热量，引力突然间就比向外的压力大得多，于是整个星体就猛然崩塌，向中心坠落的同时，大量的引力能释放出来，成为热能和反弹的动能，此即超新星爆发。
其次，星体的巨大质量，也是黑洞形成的主要原因。这是广义相对论计算的结果，不必超新星爆发，只要质量足够大，星体的内部就终将没有任何力量可以抵挡引力，而必然形成黑洞。
最后，超新星的向内坠落（称为“内爆”），确实也有助于黑洞的形成，因为向内的高速撞击，相当于加大了向内的引力作用。
4.超新星有哪些类型特征？
按超新星光谱上的不同元素的吸收线来分，天文学家把超新星分成数个类型：Ⅰ型超新星没有氢吸收线；Ia超新星缺乏氢和氦，有硅吸收线，光谱的峰值中以游离矽的615.0奈米波长的光最为明显；Ib超新星未游离的氦原子的587.6奈米，没有氢吸收线，和没有强烈的矽615.0奈米吸收谱线；Ic超新星没有或只有微弱的氦线，没有氢、硅吸收线，没有强烈的矽615.0奈米吸收谱线；Ⅱ型超新星有氢吸收线；Ⅱ-P超新星在光度曲线上有一个“高原区”；Ⅱ-L超新星光度曲线（星等对时间的改变，或光度对时间呈指数变化）呈“线性”的衰减。
如果一颗超新星的光谱，不包含氢的吸收线，那它就会被归入Ⅰ型，不然就是Ⅱ型。一个类型可根据其他元素的吸收线，再进行细分。天文学家认为，这些观测差别，代表这些超新星不同的来源。
他们对Ⅱ型的来源理论很肯定，但是虽然天文有一些意见解释Ⅰ型超新星发生的方法，这些意见比较不肯定。
Ia型的超新星没有氦，但有硅。它们都是源于到达或接近钱德拉塞卡极限的白矮星的爆发。一个可能性，就是那一颗白矮星正处于一个密近双星系统中，它不断地用其巨型伴星吸收物质，直至它的质量到达钱德拉塞卡极限。那时候电子兼并压力再不足以抵销星体本身的引力，结果是白矮星会坍缩成中子星或黑洞，坍缩的过程可以把剩下的碳原子和氧原子融合。而最后核融合反应所产生冲击波，就把那星体炸得粉碎。这与新星产生的机制很相似，只是该白矮星未达钱德拉塞卡极限，不会坍缩，能量是来自积聚在其表面上的氢或氦的融合反应。
亮度的突然增加，是由爆发中释放的能量所提供的，爆发以后亮度不会即时消失，而是会在一段长时间中慢慢地下降，那是因为放射性钴衰变成铁而放出能量。
Ib超新星有氦的吸收线，而Ic超新星则没有氦和矽的吸收线，天文学家对它们产生的机制，还是不太清楚。一般相信，这些星都是正在结束它们的生命（如Ⅱ型），但它们可能在之前（巨星阶段）已经失去了氢（Ic则连氦也失去了），所以它们的光谱中，没有氢的吸收线。Ib超新星，可能是沃尔夫-拉叶型恒星坍缩的结果。
如果一颗恒星的质量很大，它本身的引力，就可以把矽融合成铁。
因为铁原子的结合，它已经是所有元素中最高的，把铁融合是不会释放能量，相反，能量反而会被消耗。当铁核心的质量到达钱德拉塞卡极限，它就会即时衰变成中子并坍缩，释放出大量携带着能量的中微子。中微子将爆发的一部分能量，传到恒星的外层。当铁核心坍缩时所产生的冲击波，在数个小时后抵达恒星的表面时，亮度就会增加，这就是Ⅱ型超新星爆发。而视乎核心的质量，它会成为中子星或黑洞。
Ⅱ型超新星，也有一些小变型如Ⅱ-P型和Ⅱ-L型，但这些只是描述了光度曲线图的不同（Ⅱ-P的曲线图有暂时性的平坦地区，Ⅱ-L则没有），爆发的基本原理没有太大的差别。
还有一类，被称为“超超新星”的理论爆发现象。超超新星，指一些质量极大恒星的核心，直接坍缩成黑洞，并产生了两股能量极大、近光速的喷流，发出强烈的伽玛射线。这有可能是导致伽玛射线爆发的原因。
Ⅰ型超新星，一般都比Ⅱ型超新星亮。
第三节恒星
我们知道，恒星系或称星系，是宇宙中庞大的星星的“岛屿”，它也是宇宙中最大、最美丽的天体系统之一。到目前为止，人们已在宇宙中观测到了约1000亿个星系。它们中间有的离我们较近，可以清楚地观测到它们的结构；有的非常遥远，目前所知最远的星系，离我们近200亿光年。
在我们银河系的中心，存在一个特大质量的黑洞，实际上，这些神秘天体，也存在于当前宇宙的绝大多数大型星系中。黑洞拥有令人不可思议的引力，它们的质量，是太阳的数百万到数十亿倍。
目前，天文学家更有理由相信这样一种观点：在最为早期的星系，黑洞非常普遍，所谓的“最为早期”，指的就是宇宙时间开始后不久。
1.恒星的演化
我们知道，恒星的演化，开始于巨分子云。一个星系中大多数虚空的密度，是每立方厘米大约0.1到1个原子，但是巨分子云的密度，是每立方厘米数百万个原子。一个巨分子云包含数十万到数千万个太阳质量，直径为50到300光年。
在巨分子云环绕星系旋转时，一些事件可能造成它的重力坍缩。
巨分子云可能互相冲撞，或者穿越旋臂的稠密部分。邻近的超新星爆发抛出的高速物质，有可能是触发因素之一。最后，星系碰撞造成的星云压缩和扰动，也可能形成大量恒星。
坍缩过程中的角动量守恒，会造成巨分子云碎片不断分解成更小的片断。质量少于约50太阳质量的碎片，会形成恒星。在这个过程中，气体被释放的势能所加热，而角动量守恒也会造成星云开始产生自转之后，形成原恒星。
恒星形成的初始阶段，几乎完全被密集的星云气体和灰尘所掩盖。通常，正在产生恒星的星源，会通过在四周光亮的气体云上造成阴影，而被观测到，这被称为博克球状体。
质量非常小（小于一个太阳质量）的原恒星温度，不能达到足够开始氢的核融合反应，它们会成为棕矮星在数亿年的时光中慢慢变凉。大部分的质量更高的原始星的中心温度会达到1000万开氏度，这时氢会开始聚变成氦，恒星开始自行发光。核心的核聚变，会产生足够的能量，停止引力坍缩，达到一个静态平衡。恒星从此进入一个相对稳定的阶段。如果恒星附近仍有残留巨分子云碎片，那么这些碎片可能会在一个更小的尺度上继续坍缩，成为行星、小行星和彗星等行星际天体。如果巨分子云碎片形成的恒星足够接近，那么可能形成双星和多星系统。
恒星和棕矮星确切的质量界限，取决于化学成分，金属成分（相较之下比氦更重的元素）越多的，界限越低。金属成分和太阳相似的原恒星，其界限大约是0.075太阳质量。质量大于13个木星质量的棕矮星，会进行氘的融合反应，而有些天文学家认为，这样的恒星才能称为棕矮星，比行星大但比棕矮星小的天体，则被分类为次恒星天体。这两种类型，无论是否能燃烧氘，它的光度都是暗淡的，并在数亿年的岁月中逐渐冷却，慢慢地走向死亡。
质量更高的原恒星，核心的温度可以达到1000万K，可以开始质子-质子链反应，将氢先融合成氘，再融合成氦。在质量略大于太阳质量的恒星，碳－氮－氧循环在能量的产生上贡献了可观的数量。核融合的开始，会导致流体静力平衡短暂的失去，这是核心向外的“辐射压”和恒星质量引起的“重力压”之间的平衡，以防止恒星进一步的“重力坍缩”，但恒星迅速的演变至稳定状态。
一些恒星的形成，可能并不是两星云相撞形成的，而是巨大的两星云相撞，先催生出星系后，再逐步形成各种恒星。因为星云的粒子能量有时可能很低，而密度也相对较稀薄，尤其是那些两相撞的星云因运动方向的差异，而动量差别不足够大，这样它们的相撞，只能成长为更为巨大的星云，而不能启动热核聚变，而形成为许多恒星。只有条件成熟的碰撞，才能演变出各种恒星，而这时的复合星云，可能已经大到形成千上万恒星的程度了。有的复杂星云像大小麦哲伦星云，可能是宇宙云和恒星系相撞形成的，且正处于碰撞结束的初期阶段。宇宙之大，无奇不有，什么事情都会发生，只是我们还不能够知道得那么多。同时，有人认为，恒星演化过程中的剧烈爆发，是形成微小暗星云的基础。
在宇宙中，这些微小暗星云，应该广范围地存在，并参与宇宙的演化。它们也是不能被忽视的。不过，具有恒星的宇宙系统，同样是处于运动之中的，不会停止下来，只要机会存在，它们也会发生各种宇宙碰撞，形成更加复杂的宇宙体系。
