不稳定对超新星

天文学的专业术语

不稳定对超新星发生于正负电子对产生时，在原子核和高能的伽玛射线碰撞下生产出自由电子和正子，减弱了在超巨星核心内部产生的热压力。这种压力的减弱导致局部的崩溃，然后大量快速的燃烧造成热失衡的热核爆炸，将恒星完全的吹散而无需留下黑洞的残骸。

简介

不稳定对超新星只会发生在质量介于130至250太阳质量间，并且拥有中等金属量的恒星（除了氢和氦之外其他元素的丰度都很低，是第三族恒星最常见的状况）。SN 2006gy曾被假设是不稳定对超新星，但没有得到证实。SN 2007bi是第一颗被证实的不稳定对超新星。而2007年11月发现的Y-155则是又一颗被证实的这种类型的超新星。

物理现象

光子压力

在非常热的恒星，来自核融合反应产生的伽玛射线压力从核心支撑著外面数层的质量不致因为重力而崩溃。如果伽玛射线的流量减少，则外面数层会因为重力崩溃而向内陷落。

成对发生

成对发生肇因于核心的伽玛射线和原子核的交互作用克服了库仑力（参考伽玛射线的成对发生）。成对产生物质的横截面与被拦截下的伽玛射线光子的能量有关——伽玛射现的能量越高，通过时与原子发生交互作用的可能性也越高。依据爱因斯坦的方程式，伽玛射线的能量必然大于这一对电子-正电子对，才能产生这一对微粒。如同在简介中叙述的，一对交互作用创造出来的结果是一对电子和正电子。这些正电子在恒星核心的高密度等离子环境中，在很短的时间内就会与电子再结合并释放出另一束伽玛射线（湮灭）；电子也可能与前述的正电子相遇而湮灭。

即使这些能量很快的就再经由电子与正电子的重新结合而被释放出来，这些高能微粒在等离子体中移动的距离与发生交互作用的平均距离是相关的。光子在形成电子对时被吸收而停止了运动，而再辐射时的运动方向是随意的（没有特定的方向）。

伽玛射线产生

伽玛射线由恒星内部的某些热核反应直接产生，并作为黑体光谱的一部分由恒星核心的高热气体发射出来。物质发射的总能量是与温度的四次方成正比（斯特凡-玻尔兹曼定律），并且它的尖峰波长随着温度的升高而缩短（维氏定律）。物质越热，光度越亮，产生的高能光子（伽玛射线）也越多。

伽玛射线吸收

伽玛射线在物质内部被吸收之前能够移动的平均距离取决于物质的光学厚度（氢的吸收截面很低，而金属物质的较大）和伽玛射线的能量。在低能量时，以光电效应和康普顿散射为主。当伽玛射线的能量增高时，光电和康普顿效应双双减弱，伽玛射线的运动距离会超过平均值。最终，当伽玛射线的能量更高时，质点对的产生变得越来越重要。

不稳定对

如前所述，恒星的核心温度越高，产生的伽玛射线能量越高。一旦伽玛射线的能量以产生质点对为被气体捕获的主要机制时，伽玛射线在核心内能移动的距离就不会再增加，并且反而会缩减。移动距离的缩减是不稳定的，会形成回馈圈：当伽玛射线的移动距离缩短后，核心的温度会上升，使伽玛射线的能量更高，而可以移动的距离会更短。

恒星金属性

当恒星自转得够快时，或是含有足够多的金属量时，可能就不会因为上述不稳定对效应而崩溃。不稳定对只发生在低金属量，以低到中等速率自转的恒星。

非常大的高金属量恒星不稳定会归咎于爱丁顿极限，并且在形成的过程中就倾向于先将质量抛射掉。

恒星行为

对大质量恒星的不稳定对状况下可以分成几个来源做描述。

低于100太阳质量

对质量较低的恒星（大约100倍太阳质量或更低的），伽玛射线没有足够的能量形成电子-正电子对；如果这些恒星成为超新星时，它们是以其他不同的机制形成的。

100至130太阳质量

质量在100至130倍太阳质量的恒星，压力和温度允许更大部份的塌缩并且迫使脉冲收缩发生，在核心会产生不稳定对，但它们的量还太少，以致不能将恒星彻底的毁灭。这些脉冲会衰减，它们只会暂时的加速热核反应的进行，而恒星会逐渐的回复到稳定的平衡。预计这些脉冲会引发外面数层的部分被抛射掉，类似于海山二在1841年发生的现象，虽然那也可能是由不同的机制引发的。这种脉冲的机制被认为会抛射出恒星的质量，直到核心的质量小到能够正常的塌缩成为一颗普通的Ⅱ型超新星。

130至250太阳质量

质量非常大的恒星，质量下限在太阳的130倍以上，上限可能在太阳质量的250倍，可以成为一个真正的不稳定对超新星。对这些恒星，首先是足以支撑不稳定对发生的环境，使整个情况失控。塌缩造成核心过度的压缩，超压力使核分裂失控，在数秒钟内就使核心的原子核完全燃烧，创造热核爆炸[3]。更多的热能释放超越了重力势能，恒星完全的被毁灭，没有黑洞，也没有任何残骸被留下来。

除了能量被直接释放之外，核心有很大的部分被转换成镍-56，一种半衰期为6.1天的放射性同位素，衰变成为半衰期为77天的钴-56（参考超新星核合成）。对极超新星SN 2006gy，研究显示或许原来的恒星质量有40倍的太阳质量转变为镍-56，而这几乎是核心全部的质量 [2]。几乎所有的可见光都是爆炸的核心与早期喷发气体的碰撞和放射性衰变释放出来的。

250倍太阳质量或更大

一种不同的反应机制：光致蜕变，是质量至少是太阳250倍的恒星开始崩溃时造成的结果。这种中级的吸热反应（能量吸收）造成恒星连续的塌缩成为黑洞而不会产生热核爆炸。但当核心形成黑洞后，吸积盘和黑洞喷流还可能造成恒星的超新星爆发。

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