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持續帶來新驚奇的超新星 1987A

2017/3/7 — 21:06

圖:Wikimedia

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美國太空總署發表了對超新星 SN1987A 長達三十年的觀測結果,發現 SN1987A 依舊持續活躍,而且似乎是進入了一個新階段。1987 年 2 月 23 日,天文學家在大麥哲倫星雲內發現了一個超新星爆發事件。這個超新星事件的亮度極高,甚至在地球上用肉眼就可以看見這個超新星爆發事件。這是1604 年開普勒超新星 (SN1604) 爆發以來,第一個在地球上就可以觀測到的超新星事件。

圖:Wikimedia

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當天文學家在用望遠鏡觀測到這個事件的前三小時,地球上好幾個微中子觀測站則是意外的觀測到了大量突然出現的微中子事件。這些突然出現的微中子後來被確認是來自 SN1987A,從此確立了超新星爆炸與微中子之間的關係,也開啟了一個叫做微中子天文學的新研究領域。發現來自 SN1987A 的微中子的主要研究者也因此在 2002 年獲得諾貝爾物理學獎。

自從 SN1987A 出現之後,天文學家運用各種方式來觀察 SN1987A 的變化。透過連續三十年的觀察,天文學家持續增加對超新星的了解。

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SN1987A 發生超新星爆炸前是一個叫做 Sanduleak –69° 202 的藍色巨星。透過觀察超新星爆炸之後所產生的光,天文學家知道 SN1987A 的外側有三個環狀結構。外圍的兩個較稀疏而且暗,內部的環相對比較緊密而結實,直徑可以達到一光年之遠。一般認為這三個環主要是由超新星爆炸時所噴出的物質所構成。

在超新星爆炸之後,超新星的亮度自然是會逐漸下降,照理說這三個環的亮度也是會逐漸變暗。但是 2001 年的時候,NASA 的 Chandra X 光望遠鏡發現最內部的環的亮度逐漸增強,而且一直持續到 2013 年才逐漸轉弱。天文學家認為造成環亮度增加的主要原因是因為來自超新星爆炸內部的衝擊波在這時傳到了內側的氣體環。當衝擊波經過的時候,會對這些氣體進行加熱,因此放出了 X 光。這些放出的 X 光能量約在 0.5-2 keV 之間,最高可以達到 8 keV。

有趣的是,內部環的亮度並不均勻,而是有些方向比較亮,有些方向比較暗。天文學家對此提出了幾個可能的解釋,一是氣體塵埃的分佈不均勻,二是超新星內部構造的不均勻。如果原因是因為氣體塵埃分佈不均勻的話,有科學家認為這可能表示 SN1987A 是個雙星系統,因此導致外部的塵埃被第二顆看不到或是還沒找到的星球牽引過去。

科學家也很好奇 SN1987A 周圍的塵埃之中,裡面到底藏有什麼。根據計算, SN1987A 的前身應該具有約20個太陽的質量。在超新星爆炸之後應該會變成一個中子星。而中子星的一個特徵就是會發出規律的邁衝,只是目前天文學家還沒有觀測到類似的信號。對此天文學家認為,可能是周遭的塵埃還是太多,還需要一些時間等到塵埃散去之後才有可能觀測到。

但是這個過程大概要多久?天文學家估計,或許還需要另外一個三十年。三十年對天文事件來說是個相當短暫的時間,對人類卻是相當漫長的距離。不過透過持續的觀察,這將是我們可以仔細觀察超新星由爆發逐漸轉變到殘骸的完整過程。

參考資料:

Physics World 2017/03/01: Supernova 1987A enters a new phase

New York Times 2017/03/03: First Seen 30 Years Ago, a Supernova Refuses to Be Ignored

原文刊於合作媒體《物理雙月刊》

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