超新星:爆发释放出的能量相当于1000多个百万吨级的氢弹爆炸
超新星是宇宙中非常罕见的一种天文现象。根据科学家们的推测，在超新星爆发时，释放出的能量相当于1000多个百万吨级的氢弹爆炸。
这种超新星爆发时，恒星会把绝大部分质量都抛射掉，这就带来了巨大的能量。在很短的时间内，恒星的亮度会增加几十万倍，在夜空中变得十分耀眼，像是一颗刚诞生的星，所以被称为新星。如果恒星的爆发变得更为猛烈，亮度会在短时间内增加上千万倍，这样的恒星爆发就被称为超新星。
恒星在走到生命尽头的时候，核心的温度就开始降低。从这时起，它发出的能量不足以维持自身的质量造成的巨大引力，于是就会产生结构的失衡，进而导致整个星体向中心坍缩。恒星的外壳开始冷却，如果这个恒星的质量足够大，就会发生剧烈的爆炸。这个爆炸过程就是超新星的爆发。当质量很大的恒星爆发的时候，它的亮度能够在瞬间达到太阳亮度的百亿倍，这几乎与银河系的总亮度相同。一个恒星爆发之后会带来两种结果。一种结果是，恒星在爆炸后解体，形成气体和尘埃的混合物向四周扩散，最后成为一团弥散的星际物质，这颗恒星就此消失在宇宙中。另一种结果是，恒星的外壳在爆炸后解体膨胀，形成星云。内核在经过坍缩之后，变为一个密度极高的天体，进而继续演变为恒星的终极阶段。中国古代的天文学家在1054年就观测到了超新星的爆发。在一个独立的星系中，超新星的爆发是非常罕见的天文现象，但在整个星系系统中，每年都能观测到很多这样的爆发。1987年2月，在大麦哲伦星系中观测到了一颗超新星的爆发，这是200年来第一次可以用肉眼观测到的超新星爆发现象。
除了在可见光的区域观测超新星，科学家们还使用专门的设备来观测太空中的X射线，其中就有被称为“爱因斯坦天文台”的人造卫星。通过这类设备，人们在宇宙中找到了很多X射线源，其中的30多个射线源都是超新星爆发的遗迹。根据中国古代的天文观测记载，1572年出现的隆庆彗星，也被称为第古新星，就是超新星留下的痕迹。
科学家还通过射电望远镜来观测宇宙中存在的超新星痕迹，这些痕迹都是由十分稀薄的气体和尘埃构成的。通过射电望远镜，天文学家在仙后座发现了仙后座A，这是一个超新星爆发的遗迹，而且后来在光学望远镜中也发现了亮度非常低的对应部分。
超新星的爆发和宇宙射线也有很大关系。在星际介质中，粒子的运动速度通常都在一个比光速低很多的范围之内，但是也会有特殊情况。有些粒子的运动速度就可以接近光速，这种粒子就是宇宙射线。这些射线和电磁波不同，是由粒子组成的，其中包括质子和电子等。通常来说，因为地球的大气层能够吸收宇宙射线，所以如果想要探测到这些射线，就要来到大气层之外。如果我们能够来到距离地表50千米外的太空中，就能用相机底片来记录宇宙射线。所有宇宙射线中，只有极少部分的高能射线能够穿过大气层到达地表。当这些高能宇宙射线与大气层中的气体摩擦时，会发生闪光效应，同时发出二级宇宙射线。在地表测量这些二级射线相对来说比较容易。
实验证明，能量比较低的宇宙射线会受到太阳活动的影响。太阳活动的周期大约为11年，在地球上观测宇宙射线的强弱周期和太阳的活动周期呈相关趋势。当太阳的活动增强时，地球的磁场也会随之增强，因此我们在地球上观测到的宇宙射线也会变弱。与之相对的，我们能观测到宇宙射线的峰值的时期，正是太阳活动最弱的时期。同时，这些观测能够表明，绝大部分宇宙射线都是宇宙深处的超新星爆发带来的。
因为宇宙中存在很多星际磁场，宇宙射线经过磁场时，方向会发生改变，因此我们通常无法准确地判断宇宙射线的源头。但是，当宇宙射线和星际中的介质发生相互作用时，会产生γ射线。因为γ射线是一种电磁波，而波是不会受到磁场影响的。利用这个特点，美国宇航局向太空中发射了专门用来观测γ射线的人造卫星。通过这些卫星的观测，宇宙中的γ射线分布与超新星遗址的分布呈现出明显的相关性。这个发现在很大程度上能够证明宇宙射线来自超新星爆发。
宇宙中还存在一种新星现象，看起来和超新星爆发有些相似，但是两种现象有本质的区别。新星爆发是发生在恒星表面的，超新星爆发发生在恒星的内部，因此超新星爆发具有更大的规模和能量。超新星爆发之后，星际物质散落到宇宙空间里，可能形成新的恒星。
超新星现象是天文学研究中的很多分支形成重合的部分。很多恒星生命的最终归宿就是超新星。超新星爆发，能够用来检验恒星的演化理论是否正确和完备。在超新星爆发的瞬间，涉及诸多物理定律，比如中微子和引力波的发射，以及爆炸核的形成和放射性衰变。超新星爆发之后形成的遗迹，可能形成膨胀的气体云，也可能形成中子星或者黑洞。这些天体在宇宙中又形成了星际介质。
超新星爆发能够在宇宙中产生重元素。形成宇宙的大爆炸只生成了氢元素和氦元素。当恒星发展到红巨星阶段时，恒星内部发生核聚变，形成中等质量的新元素。但是比铁元素的分子量大的元素，则都通过超新星爆发形成。这些元素在爆发中具有很高的速度，向宇宙空间发射。除此之外，超新星还带来了宇宙中的化学演化。在早期的星系形成过程中，超新星起到了重要作用。
因为超新星爆发时具有很高的亮度，因此也能够被用来测量宇宙中星体的距离。根据距离和超新星所在的星系的膨胀速度，就能确定宇宙的年龄。
恒星具有的巨大质量，是导致超新星爆发的主要原因。这些大质量恒星内核的温度很高，而且在自身产生的巨大引力之下，温度会进一步提升。因为温度升高，恒星内核的核聚变不断升级，直到整个内核都变为铁元素。因为铁的性质十分稳定，不会进一步发生聚变，这时恒星内核的反应就将停止。这时，内核的温度能够达到几十亿摄氏度，恒星内部的热量已经无法与自身引力带来的压力相抗衡。而且由于温度升高，恒星中会产生大量中微子，这会消耗恒星内部的能量。引力与内部产生的力突然失衡，造成恒星向内剧烈坍缩，星体物质向恒星中心坠落时，会释放出巨大的能量，这就是超新星的爆发过程。
根据超新星爆发时发出的光谱，可以把超新星分成两大类。如果超新星发出的光谱不包含氢元素吸收线，就属于Ⅰ型超新星，反之就是Ⅱ型超新星。两个类型的超新星还可以根据不同元素吸收性再继续细分。在科学家们看来，这些观测上的区别能够解释超新星的不同来源。对Ⅱ型超新星来说，它们的来源是基本能够确定的，但是对于Ⅰ型超新星的来源，天文学家们持有不同的意见。从亮度上来说，Ⅰ型超新星比Ⅱ型超新星亮度要高。
一些超新星中没有氦元素，但是存在硅元素。这些超新星可能源自白矮星的爆发。这颗白矮星可能处于一个密近双星系统中，从它的伴星中不停地吸收宇宙物质，直到这颗白矮星的密度达到钱德拉塞卡极限。此时，白矮星的简并性无法抵消自身的巨大引力，会发生坍缩，形成中子星或者黑洞。在探索过程中，白矮星余下的碳元素和氧原子结合，发生核融合反应，产生冲击波，使星球发生爆炸。这个过程和新星的爆发十分相似，只是在新星爆发中，星球的密度没有达到钱德拉塞卡极限，所以不会发生坍缩现象，只是在星球表面形成融合反应。
超新星之所以会突然具有超高的亮度，是因为爆发时释放出的巨大能量。爆发开始之后，亮度不会马上就消失，而是会持续很长一段时间，这是因为放射性的钴元素衰变为铁元素，并释放能量。
还有一种宇宙中的天体爆发现象被称为超超新星。这样的天文现象是一些具有超大质量的恒星造成的。这类恒星因为本身具有的巨大质量，会在生命行将结束时直接坍缩为黑洞。这个过程会发出两股具有极大能量、速度接近光速的喷流，并且向外释放强烈的γ射线。这有可能是宇宙中大量γ射线的来源。
