超超新星(Hypernova)是大质量恒星生命末期经历的一种极端剧烈爆炸现象,其形成与恒星的质量、内部结构及黑洞形成过程密切相关,主要对应质量极大的恒星(通常超过25倍太阳质量)的终极演化结局。
1. 核心形成条件:大质量恒星的初始质量门槛
超超新星的前身星需具备超过25倍太阳质量的初始质量(部分理论认为可低至20倍太阳质量,但主流观点强调更高的质量下限)。这类恒星在演化后期,核心会积累大量重元素(如铁),其质量远超恒星自身引力与热压力的平衡极限,最终触发不可逆的引力坍缩。
2. 关键驱动机制:旋转黑洞与喷流爆发
超超新星的本质是恒星内部形成快速旋转的恒星级黑洞引发的灾难性事件。当大质量恒星核心坍缩时,若残留的核心物质具有极高的角动量(即快速旋转),会形成一个高速旋转的黑洞。旋转的黑洞会卷入周围恒星物质,在其赤道面形成一个高温、高密度的吸积盘。吸积盘内的物质在黑洞强大引力和磁场作用下,被剧烈搅拌并加速至接近光速,形成两束沿黑洞自转轴方向的相对论性喷流。这些喷流携带巨大能量(可达10⁴⁴10⁴⁵焦耳),冲破恒星外层物质,释放出比普通超新星(10⁴¹10⁴³焦耳)高10100倍的能量,形成超超新星爆发。
3. 与普通超新星的核心差异
相较于普通超新星(如Ia型或II型),超超新星的形成更依赖恒星的高质量与快速旋转。普通超新星多由白矮星吸积物质超过钱德拉塞卡极限(1.44倍太阳质量)引发热核爆炸,或大质量恒星核心坍缩形成中子星;而超超新星则是大质量恒星核心坍缩直接形成黑洞,并通过黑洞旋转驱动的喷流释放能量,其亮度、能量及对周围星际介质的冲击均远超过普通超新星。
4. 伴随现象:γ射线暴(GRB)
超超新星爆发常伴随长周期γ射线暴(持续时间超过2秒),这是因为喷流中的高能粒子与星际介质相互作用,产生强烈的γ射线辐射。观测表明,多数长γ射线暴与超超新星存在关联,进一步支持了“黑洞旋转喷流”是超超新星的核心形成机制。