大质量恒星核坍缩（II型、Ib型、Ic型）

超过8倍太阳质量的大质量恒星演化得极快，只要几百万年，氢就消耗完了。随后，是氦聚变成为碳，不久碳又转化为更重的原子核。所有这些核反应都放出能量，但是这些过程的产能程度一个不如一个。它们必须一个比一个更快地推进，以维持恒星的辐射功率不减，越来越重的原子核接踵而生。例如一颗25倍太阳质量的恒星，氢燃烧持续的时间为700万年，氦燃烧持续的时间为50万年，碳能燃烧600年，氧能燃烧1个月，硅只能燃烧1天。这个过程有一个尽头，自然界在元素铁这个地方设置了一个极限。核反应的参与元素越重，产能越少，铁以及比铁更重的原子核在发生聚变反应时不但不会释放能量，还要吸收能量，所以恒星中的核反应堆到铁原子核就停产了。也就是说，大质量恒星中元素聚变过程会一直进行到中心区域成为气态铁组成的一个球体，如图6-15所示。

图6-15 大质量恒星分层结构

一旦聚变停止，核心就开始收缩，引力能的释放使得铁核的温度和密度不断升高。核心温度上升到近100亿开，单个光子在这一温度上具有极高的能量，足以将铁原子核分裂为较轻的核，然后再继续将这些轻核分裂，直到全部变成质子和中子，这一过程被称作光致蜕变。在不到1秒的时间里，核心区的光致蜕变将过去数百万年内的核聚变成果一笔勾销！但分裂铁核以及将轻核分裂为更小的核需要极其多的能量。毕竟，分裂过程是聚变反应的逆过程，聚变产生能量，而光致蜕变会吸收热能。换句话说，它冷却了核心区，降低了那儿的压力，恒星的核心区更加无法抵御自身的引力，因而加速坍缩。

现在，核心区完全由简单的初级粒子——电子、质子、中子和光子构成。核心区的密度非常高，并仍然在收缩。随着核心区密度继续上升，质子和电子被挤压在一起，形成中子和中微子，这一过程被称作中子化。中微子是一种极其难以捕捉的粒子，它几乎不与任何物质相互作用。中子化过程中产生的大量中微子会穿过核心区，逃逸到太空中，带走能量，进一步降低核心区的压力。由于光致蜕变和中子化过程吸收很多能量，中心压力急剧下降，内核迅速坍缩，外层跟着下落。坍缩使得内核最中心的部分物质密度迅速升高，直到所有的质子和电子都合并成中子，中子会产生一种压力阻止核心区继续坍缩，此时密度达到10亿吨每立方厘米，实际上形成了中子星。

核心区停止坍缩，然而外层物质还在以超声速下落，速度可达70 000千米每秒，这样会形成强大的激波。激波遇到极其致密的内核（中子星）表面产生反弹，掉头向外，如图6-16所示。此时激波所蕴含的巨大能量会把恒星的外壳物质以巨大的速度抛向空间，恒星爆炸，留下一颗中子星。与Ia型超新星类似，爆炸也会产生迅速的连锁核反应，形成各种各样的重金属元素。如果恒星质量很大，会导致内核坍缩成黑洞，由于黑洞没有一个固态的表面，不能使激波反弹，这种超新星爆发的威力反而会弱很多。

图6-16 大质量恒星核坍缩过程