1987年2月：超新星1987A的發現

1987年2月：超新星1987A的發現
高瞻計畫特約編譯蕭如珀、臺灣大學物理系楊信男 編譯/國立臺灣大學化學系陳竹亭教授 責任編輯

1987 年的 2 月，加拿大天文學家 Ian Shelton(當時他是多倫多大學大四的學生)忙著在智利的 LasCampanas 天文台用望遠鏡對著 $$167,000$$ 光年外一個叫做大麥哲倫星系的小銀河系拍照。他以為他只是做著每天的例行公事，可是當他將底片沖洗出來後，卻注意到一個極度明亮的星球，是他以前觀察此區域從未見過的：一個大約為五等星的星球。他知道那不是新的星球，而只是一個在超新星爆炸中散開來，正在老化中的巨大星球。

從國際紫外線探索號(IUE)人造衛星的望遠鏡所得到的資料，使得天文學家確定爆炸星球的位置是Sanduleak $$-69^\circ 202$$（譯者按：「$$-69$$」表示恆星的赤緯座標；「$$202$$」則是 Sanduleak 所編麥哲倫星雲中有發射光譜的恆星和星雲星表的編號），那原來是一個藍超巨星的位置，其質量約為太陽的 $$20$$ 倍。這個爆炸的星球被命名為「超新星 $$1987A$$」。天文學家相信這個星球先是膨脹成紅超巨星，在吹開一部份的星球體後，經過收縮與再加熱，成為一個藍超巨星。之後，在短短不到一秒鐘，整個星球的中心突然就崩垮了，一陣微中子將中心加熱至 $$100$$ 億度。這個過程引爆出震波，將此星球炸散掉，並噴出大量的微中子到太空中。

超新星 $$1987A$$ 是近代爆炸的超新星中，最靠近地球的一個，也是自從克卜勒在 1604 年於銀河系中觀測到超新星以來最明亮的一個；它同時是自 1885 年以來第一個肉眼看得見的超新星。此外，在過去 $$15$$ 年來的研究，獲得了許多新觀察到的資料，可以提供給天文學家有關主導星體演進的過程前所未有的見解。

直至 1987 年 5 月，國際紫外線探索號已在超新星的碎片中發現了許多化學元素，顯示出這個始祖星球已經過了紅巨星期，證實了原來的理論。到了 7 月，一個日本的人造衛星和德國的望遠鏡都偵測到從碎片中發射出來的X光線。自 8 月到 11 月，更有其他的研究團隊偵測到高能的伽瑪射線，這是在即將死去的星球中心出現核反應所產生的放射性元素，衰變時所放射出來的。此資料證實了大家所相信的理論，即超新星會產生組成地球大部分的重化學元素。

二年後，在智利 La Silla 望遠鏡觀測中看到了超新星的四周有亮「環」，一年後，哈伯太空望遠鏡新裝設的暗天體相機，也證實了相同的觀測結果。自從這個發現後，超新星 $$1987A$$ 的殘餘體就持續地膨脹，它的環被認為是早在爆炸前此星體所釋放出的部份氣體。1997 年 5 月，哈伯的成像光譜儀拍攝到了一個很詳細的內環紫外線影像，可以確認一些特定的氣體，如氧、氮、氫與硫。藉由這些資料，天文學家希望能幫助他們拼湊出「環」如何形成的圖樣。

在觀測到超新星後的兩星期中都可以偵測到無線電波，但在 1990 年，澳洲國家望遠鏡觀測中心的科學家偵測到快速增強的無線電波信號。他們循線找到波源是位於環與超新星中心的發光碎片之間，在那裡，速度最快的碎片都撞成氣體了。二年後，侖琴衛星偵測到來自超新星快速增強的X光線，它和無線電波都來自相同的碰撞區域。1994 年 5 月，哈伯發現了另外兩個發光氣體的環；1997 年 1 月，它又公佈超新星中心有兩團碎片以每小時接近 $$6$$ 百萬哩的速度相背跑開。同年，天文學家還首度測量到了超新星爆炸時所放射出的快速運動氣體，這些氣體以前都看不見，直到哈伯有成像光譜儀後，才讓科學家能在紫外線中觀察到。

這些碰撞都與現有理論的預測相吻合，理論更預測在 1995 到 2010 年間，當環吸足了撞擊的力道後，會再發生另一次的碰撞。當最先爆炸時所產生的輻射以光速散出時，星球自己的部份物質也以較低速度彈出，當追上此星球 $$2$$ 萬年前彈出的物質後就碰撞在一起。因為撞擊使得環中的氣體溫度升高到數百萬度而發亮，還被一陣估計以每小時 $$4$$ 千萬哩速度前進的震波所壓縮。

直至最近 2000 年 2 月，超新星 $$1987A$$ 仍在星體的演進過程中有著令人驚訝的發現。在哈伯所拍攝到的新影像中顯示，在過去 $$10$$ 年來已漸漸黯淡的區域，出現了 $$4$$ 個新的氣體加熱後的亮點。這個現象深具意義，因為熱點並非集中在單一區域，而是分散在星環的四周，顯示出星體所彈出的物質中有一大部分終於和整個環碰撞上了，這是超新星碎片重新組合的開始。天文學家希望碰撞所產生的亮光可以照亮超新星四周的物質，使得這些本來看不見的物質，可以提供有關環繞超新星的氣體，其真正結構的有用資訊，也可讓天文學家知道超新星整個演進的過程。