普通天文學/大質量恆星的死亡

就像房地產中的位置一樣，恆星的質量決定一切。事實上，除了確切的化學成分或伴星的引力影響外，質量是決定恆星命運的因素。即使在宇宙的這個階段，化學成分也相當不重要，因為絕大多數恆星仍然主要是氫和氦。一顆恆星的初始質量比生物體（如人類）生命中的任何因素更嚴格地設定了特定恆星生命週期的各種引數。質量決定了溫度、物理大小和壽命跨度，以及從一個階段到下一個階段的確切演變。在沒有伴星等干擾因素的情況下，兩顆具有相同初始質量的恆星將在生命中遵循相同的路徑，並且實際上是完全相同的雙胞胎。

與較小的恆星不同，最大的恆星有更壯觀的結局。一顆大質量恆星的生命軌跡類似於太陽這樣的低質量恆星，只是更短、更劇烈。大質量恆星實際上是拼命生活，早逝。在它們短暫生命的最後階段，它們會膨脹成一顆紅巨星，儘管在這種情況下，它是一顆超巨星，然後它們會坍縮。

一顆巨星比較小的恆星消耗核能更快，因為它會一層又一層地形成核心，在那裡它會將較輕的元素融合成較重的元素。所有這些反應產生的能量都比消耗的能量多。沒有一顆恆星可以在不產生能量淨損失的情況下，將元素的融合推到鐵的生成之外。

鐵核收縮，一層又一層地坍塌在它上面。鐵核變得極其熾熱和不穩定。一旦恆星的溫度達到 100 億開爾文，坍縮就迫在眉睫。恆星突然爆炸，在極短的時間內以超新星的形式釋放出極大量的能量。

你不希望靠近超新星；如果你在即將爆炸成超新星的恆星附近的一個舒適區域，當來自超新星的輻射到達你時，你將被焚化。如果像半人馬座阿爾法星、天狼星或織女星這樣的近鄰恆星中的一顆變成超新星，強烈的輻射將會致命，但附近沒有恆星會變成超新星。這將會發生在參宿四、天津四或心宿二這樣的巨星身上，它們彼此之間距離足夠遠，因此輻射不會造成危害。

雖然這些假設的超新星附近的觀察者發現它們令人不快，但地球上的天文學家——在一個安全的距離之外——發現它們非常有用。有一種叫做 Ia 型超新星的超新星，對測量距離非常有用。Ia 型超新星的好處是它們都具有相同的絕對亮度。由於它們都具有相同的絕對亮度，因此它們被稱為標準燭光。一個 Ia 型超新星與另一個 Ia 型超新星之間的視亮度差異完全是由於它們與地球的距離不同。最流行的理論是，一顆白矮星從一顆伴星中積累物質，緩慢地朝著錢德拉塞卡極限質量增長，直到它剛好有足夠的質量——大約 1.38 個太陽質量——來觸發爆炸。關於是什麼觸發了爆炸以及爆炸過程中發生了什麼仍然是一個謎，但因為它發生在所有 Ia 型超新星的相同質量上，所以所有 Ia 型超新星都會產生相同的亮度。Ia 型超新星視亮度的差異完全是由於它們與地球的距離不同。天文學家測量從地球上看到的超新星的視亮度，並將此與所有 Ia 型超新星的已知絕對亮度（也考慮到多普勒頻移）結合起來，找到超新星到地球的距離——從而推斷出包含該超新星的整個星系的距離。用這種方法測量的距離導致了在普通天文學/當前未解之謎中討論的更大謎團。

如果核心最終的質量超過了我們太陽的 1.44 倍（稱為錢德拉塞卡極限），即使是量子力學定律也不能阻止一顆大質量恆星進一步壓縮。

對於質量在太陽質量的 1.44 到 2 倍之間的殘餘核心，引力的作用力將負電子推入正質子中，產生中子，中子佔據的空間比它們原來的粒子少，核心收縮成本質上是一個巨大的中子。這個中子的質量比我們的太陽更大，但大約只有地球上的一個城市那麼大，可能只有 20 公里寬。它已經變成了一顆中子星。地球上的一茶匙中子星物質的重量約為十億噸。

質量在太陽質量的 2 到 3 倍之間的殘餘核心的狀態尚不清楚，因為它可能變成一顆中子星，或者可能變成一顆更小的夸克星，夸克星只是理論上存在，或者變成一個黑洞。

如果殘餘核心的質量超過我們太陽質量的 3 倍，它表面的引力場不僅很大，而且是無限的。任何離這個天體太近的東西都無法逃脫。事實上，理論上，宇宙中沒有任何力能夠將一個離黑洞太近的物體拉開。這個距離黑洞的距離被稱為視界，或史瓦西球面的表面。任何落入視界的東西都無法逃脫，因為逃逸速度大於光速。因此，即使光也無法逃逸，而這個天體看起來完全是黑色的，因此得名黑洞。

一個質量是太陽質量三倍的典型黑洞大約有 18 公里寬。嚴格來說，這是史瓦西球面的直徑，即黑洞的可見表面。然而，黑洞的總質量被認為集中在一個體積為零的單點中。因此，談論一湯匙黑洞物質的重量毫無意義。實際上，黑洞奇點處的引力和密度是無限的。

我們沒有直接觀測到黑洞（出於顯而易見的原因），但我們有充分的證據表明它們的存在，因為我們檢測到了物體落入黑洞時發出的輻射，以及它們對其他天體的引力影響。