没什么是永生的，就连天空中的恒星都不是。实际上，宇宙中随时都在发生恒星的诞生和死亡。它们生命终结时并不会安安静静地离开。相反，它们会制造出宇宙中最暴力、最激烈的现象，在长达数周的时间里，这些恒星会变得越来越亮，其亮度甚至会超过整个星系，而后才会归于沉寂。这个现象叫作超新星爆发。
世界上有几种不同的超新星，分别称为Ia、Ib和Ic型，还有II型（补充说明一下，其实还有别的类型，只不过它们并不常见）。它们的区别在于爆炸时放出的辐射不同。恒星寿终正寝时会出现哪一种超新星，这很大程度上取决于恒星有多重。
星火：恒星级的核聚变
恒星燃烧时，其中氢将转化为氦——这个较轻元素融合为较重元素的过程就是恒星持续燃烧的原因。核聚变的辐射压力可以让恒星在自身引力下保持稳定。事实上你完全可以说，恒星在不断发生爆炸的同时也在发生坍缩！但是恒星内部的燃料不会永远用不完，当燃料消耗殆尽，一颗恒星就会产生变化，有时候甚至是非常迅速的变化。
大多数恒星会首先耗尽中心的氢元素，其中心也是整个恒星中温度和压力最高的地方。到这里故事还没完，因为在巨大的压力下，氦会聚变为更重的元素，如碳或氖。这些过程不如氢聚变释放的能量多，但是多少也会释放一些。这些较重的元素会聚变成更重的元素，如此反复聚变，直到变成铁元素。铁原子的原子核的能量状态最为稳定。因此，你可以通过比铁轻的原子核聚变，比铁重的原子核裂变得到能量。
恒星的铁心
总之，因为这一连串的剧烈反应，许多恒星实际上的样子就像有很多层的洋葱：外壳是尚在燃烧的氢气，外壳之下是一层正在燃烧的氦气，如此等等，直到恒星中央。一颗年轻或者相当轻的恒星或许只有几层。而年长的或者庞大的恒星实际上可以有许多层，里面有相当重的元素在燃烧。沉重的恒星中心是密度极大的铁核。
这类铁核无法再进行核聚变了，因此它本身要承受整个恒星向它压缩的力。铁原子紧紧地挤在一起，被恒星外部尚在燃烧的一层又一层的重量和自身的重量压缩在一个密度极大的区域内。其实抗力大多来自铁中的电子：电子是费米子，这意味着两个电子无法在同一状态下——大致来说就是，一个地方有一个电子，就不能有另一个相同状态的电子。
铁核过重时生命的终点就近了
随着铁核外层越来越多的燃料消耗掉，越来越多的铁产生了，于是，铁核逐渐增大（因为它越来越重，增强的引力作用会使得它稍稍缩小）。到了某个时刻，压力变得实在太大，铁核也变得庞大，导致电子被压进铁原子核的质子中。伴随着电子俘获，整个原子核会发生β+衰变，然后恒星最深处的区域将经历一场灾难性的变化。电子和质子转变为中子，这个过程释放出高能辐射。铁核像山崩地裂一样转化为单纯的中子，高能伽马射线被这个过程释放，撕裂铁核，让它的原子核进一步碎裂。现在，中子可以更紧地压在一起，比电子和铁原子核更加密实。只消几秒的时间，如此大的重量和压力就将它们压成一个紧密的球体，整个恒星核变成一颗中子星。恒星的外层还不知道里面发生了什么：恒星的铁核几乎化为了一小坨中子物质。可引力不可避免地发挥了作用，因为没有其他可以抓住的东西，这股力就紧紧抓住了恒星的外层。于是，整个恒星从最内核的部分到外层坍缩了。
坍缩：从铁核变成中子星只需要几秒的时间
与此同时，铁核坍缩成了一个近乎浑圆的球，由紧密地挤在一起的中子组成。但中子是费米子，所以这个状态不可能持续，只要存在一个，另一个就无法存在。尽管和恒星的其余部分相比中子核相当小，但它基本上是一个庞大的原子核，只不过没有质子。这也意味着它有着不可思议的硬度，而现在恒星的其余部分都在向它坍缩！
恒星的外层以超音速坍缩向中子核，同时发生回弹。这会对整个恒星物质产生巨大的冲击波，就是这股冲击波将恒星还剩下的部分向外推去。冲击波由大量的中微子支持着，而这些中微子是因β+衰变产生的。中微子通常可以几乎不受阻碍地穿过物质。可是，灾难性的核坍缩过程中产生了很多中微子，它们蕴含着许多能量。于是，这些中微子以惊人的力量将恒星的残余物质从核上冲刷掉了——恒星最后一次爆炸，将恒星物质和中微子射向宇宙。
我们为什么知道这个？是这样，尽管关于这个过程的反应原理还有一些细节我们尚不清楚，但可以说我们已经充分掌握了恒星坍缩的始末，因为我们有精确得不可思议的计算机模拟该过程。举例来说，就是因为掌握了这些模拟情况，我们才认为中微子本身对造成巨大的超新星爆发有着如此重要的影响。在相当长一段时间里，物理学家都以为爆炸的冲击波会贯穿中子核，从另一边出来，带走部分物质。经过详细的计算机模拟后，他们才意识到，要产生这些强大的超新星爆发，光靠冲击波是不够的——而是中微子帮了大忙。
现在我们所说的一切都只适用于体形巨大的恒星——质量约为太阳的8倍以上。除了Ia型之外的所有类型的超新星都是由于核坍缩发生的，我们上面所描述的过程几乎就是II型超新星所发生的过程。Ib型和Ic型超新星也是如此，但Ib型和Ic型超新星也有坍缩的内核——只是它们的一生中已经失去了大部分外层，可能是被强烈的太阳风吹走了，也可能是伴星用自身的引力把它剥离了。因为它们的大部分氢层和氦层都消失了，所以辐射看起来有明显的不同，这也是人们可以将它们与II型超新星区分开来的原因。
总而言之，Ia型超新星完全不同。它们是爆炸的白矮星，我们将在相应的章节中讨论。
历史上的超新星
超新星爆发并不经常发生。根据对其他星系的观测，我们怀疑，在我们的银河系中，平均每个世纪大约会产生三次超新星。在人类历史上，曾有过非常剧烈的超新星爆发，这是有案可查的。最早的超新星观测记录是中国天文学家在公元185年完成的。如今那次被观测到的超新星被称为SN185，所有的记录都遵守着这个命名规则。其中最亮的一颗一定是SN1054，当时约一个月的时间里它都保持着在白天肉眼可见的状态，之后又在近两年的时间里保持着在夜间肉眼可见的状态。这次爆炸的残余物在金牛座附近形成了蟹状星云。最近一次能直接看到的是SN1604，约翰内斯·开普勒对它进行了详细研究。
不过，超新星不仅仅是一次大型的破坏：由此喷射出的恒星物质中含有许多高级的元素，从碳到氧，再到铁，这些元素是形成支持生命存在的行星所必需的。很可能你身体里的所有原子原本在恒星中产生，后来被超新星爆发带入了宇宙。
图12 蟹状星云M1，为1054年超新星爆发留下的残骸，在中国史称“天关客星”。此次超新星爆发事件时值北宋初年，中国的相关记载最为详尽，因此国际天文界也将这颗蟹状星云称为“中国超新星”。 图像提供：美国国家航空航天局(NASA)，欧洲航天局（ESA）/J.海斯特和A.洛尔（亚利桑那州立大学）
