宇宙间的某个角落，一颗星体在一秒钟左右时间里炸成碎片，顷刻间它变得比10亿颗太阳的亮度之和还要亮。这就是超新星爆发。
没有人清楚自然界中这种最激烈的过程到底是怎么回事儿。它和我们普通人的生活也几乎毫不相干。不过最近的研究进展对于专门研究这种神秘事件的核天体物理学家来说倒是十分值得关注。
近来，科学界已经把超新星看成是宇宙生命中的灯塔信号。利用一种特殊的超新星——“Ia”型超新星——做量天尺，天文学家发现宇宙间充斥着神秘的“暗物质”。暗物质的发现让现代物理学和宇宙学如临大敌。宇宙的命运，至少是我们现在对宇宙的认识面临着严峻的考验；而深入了解超新星则成为问题的关键。
天文学家正在通过各种途径研究这些爆发的内部机制，进行巡天观测以发现更多的超新星，为古老的超新星寻找对应体研究超新星的演化，利用超级计算机网络一步步地计算超新星内部的各种反应。
近来这个领域取得的进展让天文学家感到前途光明但又任重道远。令人鼓舞的是总体来说天文学家们的理论是沿着正确的方向发展，但同时在对爆发过程各种细节进行深入研究的时候，对其中的复杂性和各种奇妙的问题估计不足。2004年10月，一个由巴塞罗那大学皮勒R·拉普纳特（Pilar Ruiz-Lapuente）博士领导的国际研究小组宣布，他们发现一颗恒星正在快速逃离1572年著名丹麦天文学家第谷·布拉赫（Tycho Brahe）发现超新星爆发的那个区域。第谷发现的这颗超新星爆发在仙后座，是被天文学家研究的最早的超新星之一。关于这颗超新星的研究对撼动亚里斯多德有关月球之外的天空是静止的理论起到了重要的作用。这颗新发现的恒星有可能是那颗爆炸了的星体的伴星。如果确实如此，这将对一个长期以来都在寻找证据的理论的支持。按照这个理论，一个双星系统中当一颗不断从其伴星掠夺物质的星体质量达到一个临界质量时就会发生爆炸。
与此同时，一个利用强大的超级计算机网络模拟超新星爆发的天体物理学家小组也首次成功模拟了这样一个双星系统的爆发。芝加哥大学天体物理热核闪中心（简称闪耀中心）在进行长达300个小时的计算期间，他们观察到热核气泡像死水母一样从星体的深处喷涌而出，掠过表面，最终疯狂的爆裂。唐纳德·拉姆（Donald Lamb）博士感叹到“真是太离奇了”！
如果模拟结果是真实的，那么芝加哥大学的计算将不但有助于解释恒星如何爆发，还可以解释为什么这些爆发简直是完全一样，进而可以让天文学家更好地标定他们对暗能量的测量。
然而，许多超新星专家指出这种计算模拟只是一个好的开始，并不是最终的答案。得克萨斯大学的克雷格·惠勒（Craig Wheeler）博士表示，闪耀中心的工作是“一个勇敢的计算”。但他同时指出许多细节尚待考虑。他说：“我不认为这是故事的结束”。长期以来专家们都认为Ia型超新星源自一个致密的恒星残骸——白矮星。白矮星是中等大小的恒星，如太阳——把自己的热核燃料氢和氦燃尽之后的终结产物——主要由碳和氧组成。
如果上述情况发生在双星系统中，白矮星会从自己的伴星中吸积物质，直到达到钱德拉塞卡质量，大约是太阳质量的1.4倍。随着吸积物质的增加，早已死亡的白矮星内部压强和密度会不断加大。当达到上述临界点时，强大的压力和超密物质将再次点燃白矮星内部的热核反应，使得碳和氧聚变为越来越重的元素。最后白矮星迸裂成碎片，同时将自己的伴星炸飞。不过直到现在天文学家还很少发现这方面的证据。另一种情况是两颗白矮星发生碰撞，共同毁灭，最后什么都没有留下。第谷超新星为前一种白矮星爆炸模型提供了新的证据。
第谷超新星是爆发在我们银河系中的为数不多的几个Ia超新星之一。天文学家一直希望找到它的伴星。按照天文学家的推测，如果那颗伴星存在，由于从围绕那颗猝死的白矮星的轨道上被突然释放出来，它应该会像弹弓中弹射出的石子一样，在群星中呼啸穿行。
在今天，曾经发生超新星爆发的区域还残留着一些X射线和射电波的残渣（下图左，钱德拉望远镜的观测）。研究小组在这块天区的中心区域发现了一颗类似太阳的恒星，它飞行的速度是近邻恒星速度的3倍（下图右，哈勃望远镜的观测）。这颗恒星的特征与那颗已爆发的白矮星贡献物质的伴星的要求一致，但是这也不能完全确定它就是我们要寻找的那颗伴星。研究小组成员之一，加利福尼亚大学伯克利分校的亚利克斯·菲利佩科（Alex Filippenko）博士这样解释，“也许这颗恒星是恰巧经过这个区域，与超新星毫无相干。”
第谷超新星遗迹第谷超新星爆发的前身星伴星
天文学家甚至还期望通过更多地观测来研究超新星的灰烬对这颗恒星表层的污染情况。不过，加利福尼亚大学圣克鲁茨分校的斯坦·伍斯利（Stan Woosley）博士表示，我们现在还无法确定爆炸是否会把恒星的表层、灰烬，以及其他的东西都吹散到太空中。伍斯利说：“这颗恒星目前紧靠在并且曾经一度就处于宇宙中最猛烈的热核爆炸区。”
天文学家观测到的闪光来自于具有放射性的镍的辐射。在超新星爆发后的数天到数月时间里，它衰变为钴又进而衰变为铁。这个过程会释放出大量伽马射线。这些伽马射线激发已经破碎的恒星的灰烬，使得它们变得一度比一个星系的亮度还高。
因为所有的Ia型超新星有一个共同的起点，通过测量超新星的亮度就可以推断它们到我们的距离，所以天文学家经常用它们作为测量宇宙距离的标尺和标准烛光。不过超新星也不是非常的标准，它们的亮度变化范围大约为40%。天文学家表示，这虽然足可以用来证实宇宙的膨胀速度在加快和暗物质的存在，但还不足以用来研究推动宇宙膨胀的奇异力量的强度，以及随时间的变化等许多至关重要的问题。当然也就无法断定宇宙将一直膨胀下去，还是将会重新挤压在一起。
为了减少测量中的不确定性，天文学家需要知道当白矮星的年龄和化学组成不同时是否应该对观测的结果进行校正，以及如何校正等问题。问题是恒星的燃烧有两种形式：暴燃和暴轰。暴燃过程就像普通火焰的燃烧，暴轰过程中燃烧以激波的形式传播。没有哪个过程能独自完美的解释天文学家观测到的超新星爆发。
平稳地燃烧，也就是暴燃过程，结果一般是悄无声息的熄灭而不是暴轰。这个过程无法制造足够的镍来产生天文学家看到的闪光，并且在星体中留下大量的未燃烧物质。
此外，这个过程中燃烧过的部分将变得杂乱一团。可是宇宙中爆发的超新星都有很好的层次结构，最重的元素如铁、镍在中心，轻一些的元素如硅、硫、镁在外层。反过来，如果超新星爆发过程只包含暴轰过程，那么整个天体都将变为镍，同时闪光会大大增强。
为此，在过去的10多年间许多理论学家采用了一种“金凤花（Goldilocks）”模型来解释爆发的过程。按照这个模型，超新星首先以暴燃的方式持续一段时间，缓慢的膨胀。当天体密度下降到可以产生适量镍的时候就转入暴轰过程。
伍斯利说，“过程中的关键是合适的温度”。他称，近来由华盛顿海军研究实验室的瓦迪姆·盖米佐（Vadim Gamezo）和伊莱恩·奥兰（Elaine Oran）博士，以及芝加哥大学的亚利克斯R·库卡罗夫（Alexei R. Khokhlov）博士共同完成的三维模拟是“技术的展示”。
在这些“延迟暴轰”模型中没有哪个能解释为什么以及何时天体会暴轰。科学家不得不人为地把这些加到计算中去。伍斯利说，为了研究汽车活塞中的点火问题，汽车公司不惜花费数百万的代价，同样找到一个自然的引爆开关就是我们工作的追求。这也是闪耀中心计算工作的目的。拉姆解释说，“要想产生暴轰需要有墙”。但恒星是没有墙的，那暴轰又如何发生呢？
闪耀研究小组由芝加哥大学的托马茨·普利瓦（Tomasz Plewa）博士，以及华沙哥白尼天文中心共同领导，成员除了拉姆，还包括芝加哥大学的艾伦C·考尔德（Alan C. Calder）博士，他们正在对偏离中心的天体燃烧现象进行研究。他们设想，如果白矮星开始时进行的是暴燃方式的燃烧，但是燃烧不是正好从天体的中心开始而是稍有偏离，那将会发生什么情况？按照湍流理论，这种情况在真实的天体中不太可能发生。
芝加哥大学的物理学家描述说，模拟结果是火团从天体深处冒出，然后在星体表面覆盖时自然形成一道墙。在温度达到30亿度的时候自我爆裂，挤压出超高密度区进而引发暴轰。拉姆感叹道：“那种情景真是让我们瞠目结舌。”
但是真实的世界中能否发生这种情况，拉姆和他的同事都承认需要进一步研究。这还远不是一个完整的理论。
另外，这个小组目前还无法对真实的暴轰过程进行三维计算。这种计算的难度可以和爆发事件的观测相比。就像伍斯利说的那样，“Ia超新星的爆发过程在浩瀚宇宙中是最复杂的过程之一。”他的小组利用超级计算机对火焰表面1～2米大小的区域进行了高分辨率的研究。
亚利桑那大学的超新星专家戴维·阿内特（David Arnett）博士指出，这样的模拟是验证各种想法的方法之一。模拟过程对理论家的直觉也会是一种刺激。他在电子邮件中写道：“海量计算虽然没有提供直接的答案，但它在很大程度上扩展了我们的想象力。这些年来有人把计算称为科学的第三条`腿’：理论、实验、计算模拟。我认为闪耀中心的工作就是一个活生生的例子，一个真实有效的例子。”
然而，现实中的超新星在不断的对理论提出挑战。伍斯利和他的小组，近来利用欧洲南方天文台在智利的甚大望远镜（VLT）观测了两颗超新星。观测结果暗示，星体中心的碳在暴燃之前有可能“闷烧”，如果这样燃烧其结果就不再是镍而是其他的物质。他说，虽然证据还很粗糙，但这可能表明绝大部分模型，包括闪耀中心的上升火团都是错误的。
不过伍斯利还表示，既然我们已经开始了，我们就不应该气馁。对于点火问题，如果在我们需要最终承认自己的模型有问题之前，应该还有很多工作要做。