普通天文学/大质量恒星的死亡

就像房地产中的位置一样，恒星的质量决定一切。事实上，除了确切的化学成分或伴星的引力影响外，质量是决定恒星命运的因素。即使在宇宙的这个阶段，化学成分也相当不重要，因为绝大多数恒星仍然主要是氢和氦。一颗恒星的初始质量比生物体（如人类）生命中的任何因素更严格地设定了特定恒星生命周期的各种参数。质量决定了温度、物理大小和寿命跨度，以及从一个阶段到下一个阶段的确切演变。在没有伴星等干扰因素的情况下，两颗具有相同初始质量的恒星将在生命中遵循相同的路径，并且实际上是完全相同的双胞胎。

与较小的恒星不同，最大的恒星有更壮观的结局。一颗大质量恒星的生命轨迹类似于太阳这样的低质量恒星，只是更短、更剧烈。大质量恒星实际上是拼命生活，早逝。在它们短暂生命的最后阶段，它们会膨胀成一颗红巨星，尽管在这种情况下，它是一颗超巨星，然后它们会坍缩。

一颗巨星比较小的恒星消耗核能更快，因为它会一层又一层地形成核心，在那里它会将较轻的元素融合成较重的元素。所有这些反应产生的能量都比消耗的能量多。没有一颗恒星可以在不产生能量净损失的情况下，将元素的融合推到铁的生成之外。

铁核收缩，一层又一层地坍塌在它上面。铁核变得极其炽热和不稳定。一旦恒星的温度达到 100 亿开尔文，坍缩就迫在眉睫。恒星突然爆炸，在极短的时间内以超新星的形式释放出极大量的能量。

你不希望靠近超新星；如果你在即将爆炸成超新星的恒星附近的一个舒适区域，当来自超新星的辐射到达你时，你将被焚化。如果像半人马座阿尔法星、天狼星或织女星这样的近邻恒星中的一颗变成超新星，强烈的辐射将会致命，但附近没有恒星会变成超新星。这将会发生在参宿四、天津四或心宿二这样的巨星身上，它们彼此之间距离足够远，因此辐射不会造成危害。

虽然这些假设的超新星附近的观察者发现它们令人不快，但地球上的天文学家——在一个安全的距离之外——发现它们非常有用。有一种叫做 Ia 型超新星的超新星，对测量距离非常有用。Ia 型超新星的好处是它们都具有相同的绝对亮度。由于它们都具有相同的绝对亮度，因此它们被称为标准烛光。一个 Ia 型超新星与另一个 Ia 型超新星之间的视亮度差异完全是由于它们与地球的距离不同。最流行的理论是，一颗白矮星从一颗伴星中积累物质，缓慢地朝着钱德拉塞卡极限质量增长，直到它刚好有足够的质量——大约 1.38 个太阳质量——来触发爆炸。关于是什么触发了爆炸以及爆炸过程中发生了什么仍然是一个谜，但因为它发生在所有 Ia 型超新星的相同质量上，所以所有 Ia 型超新星都会产生相同的亮度。Ia 型超新星视亮度的差异完全是由于它们与地球的距离不同。天文学家测量从地球上看到的超新星的视亮度，并将此与所有 Ia 型超新星的已知绝对亮度（也考虑到多普勒频移）结合起来，找到超新星到地球的距离——从而推断出包含该超新星的整个星系的距离。用这种方法测量的距离导致了在普通天文学/当前未解之谜中讨论的更大谜团。

如果核心最终的质量超过了我们太阳的 1.44 倍（称为钱德拉塞卡极限），即使是量子力学定律也不能阻止一颗大质量恒星进一步压缩。

对于质量在太阳质量的 1.44 到 2 倍之间的残余核心，引力的作用力将负电子推入正质子中，产生中子，中子占据的空间比它们原来的粒子少，核心收缩成本质上是一个巨大的中子。这个中子的质量比我们的太阳更大，但大约只有地球上的一个城市那么大，可能只有 20 公里宽。它已经变成了一颗中子星。地球上的一茶匙中子星物质的重量约为十亿吨。

质量在太阳质量的 2 到 3 倍之间的残余核心的状态尚不清楚，因为它可能变成一颗中子星，或者可能变成一颗更小的夸克星，夸克星只是理论上存在，或者变成一个黑洞。

如果残余核心的质量超过我们太阳质量的 3 倍，它表面的引力场不仅很大，而且是无限的。任何离这个天体太近的东西都无法逃脱。事实上，理论上，宇宙中没有任何力能够将一个离黑洞太近的物体拉开。这个距离黑洞的距离被称为视界，或史瓦西球面的表面。任何落入视界的东西都无法逃脱，因为逃逸速度大于光速。因此，即使光也无法逃逸，而这个天体看起来完全是黑色的，因此得名黑洞。

一个质量是太阳质量三倍的典型黑洞大约有 18 公里宽。严格来说，这是史瓦西球面的直径，即黑洞的可见表面。然而，黑洞的总质量被认为集中在一个体积为零的单点中。因此，谈论一汤匙黑洞物质的重量毫无意义。实际上，黑洞奇点处的引力和密度是无限的。

我们没有直接观测到黑洞（出于显而易见的原因），但我们有充分的证据表明它们的存在，因为我们检测到了物体落入黑洞时发出的辐射，以及它们对其他天体的引力影响。