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超新星1987A位於距離地球僅十六萬光年的大麥哲倫星雲,於1987年2月24日在大麥哲倫雲內發現。

1 超新星1987A -概述

觀測資料
超新星1987A超新星1987A

超新星種類 II-P超新星 (不平常的)
所在星系 大麥哲倫雲 (LMC)
所在星座 劍魚座
赤經 05h 35m 28.03s (J2000)
赤緯 −69° 16′ 11.79″ (J2000)
發現日期 1987年2月24日(23:00UTC)
最亮時視星等 (V) +3

物理特徵

原來恆星 Sanduleak -69° 202a
原來恆星種類 B3 藍超巨星
色指數 (B-V) +0.085
重要資料 望遠鏡發明后所發現距離最近的超新星爆發

2 超新星1987A -前兆

超新星1987A超新星1987A內部結構

在超新星1987A爆發的光線來到地球的3小時前,世界各地有三台中微子偵測器同時偵測到一股中微子爆發,廣泛接受的理由是中微子於超新星爆發時比可見光更早被發射出來,而不是中微子比光速快。在7:35UTC),日本的神岡探測器探測到11個中微子,美國厄文-密西根-布魯克海汶偵測器(IMB)探測到8個,俄羅斯BAKSAN偵測器則有5個。中微子爆發歷時少於13秒。

雖然偵測到的中微子數目只有24顆,但相比起平時的背景水平已是非常高的一個數字。這也是史上首次直接偵測到由超新星爆發出的中微子,亦印證超新星爆發理論模型的能量分佈。該模型指出在超新星爆發中,中微子爆發佔總能量的99%,噴發量為1058顆,總能量為1046焦耳。

超新星1987A中微子與反中微子-內部結構模型圖

從數據中得出了一個重大發現。中微子與反中微子差不多同一時間到達地球,時間差少於12秒。這是首次得到實際證據證明引力對物質、反物質和光子的作用是非常接近的。之前已有理論預測到這個現象,這次得到數據的印證。

超新星1987A光子-內部結構模型圖

超新星1987A物質、反物質-內部結構模型圖

3 超新星1987A -發現

2003年1月5日哈勃望遠鏡拍攝的超新星1987A的照片2003年1月5日哈勃望遠鏡拍攝的超新星1987A的照片

超新星1987A是1987年2月24日在大麥哲倫雲內發現的一次超新星爆發,是自1604年開普勒超新星(SN 1604)以來觀測到的最明亮的超新星爆發,肉眼可見,位於蜘蛛星雲的外圍,距離地球大約51,400秒差距(約168,000光年)。由於這是在1987年發現的第一顆超新星,因此被命名為「1987A」。超新星1987A爆發的光線於1987年2月23日到達地球,亮度於5月左右到達頂峰,視星等達3等,之後漸漸轉暗。

1987 年2月23 日,天文學家目睹了400 多年來最明亮的一起恆星爆炸事件。隨後的幾個月內,這顆被稱為1987A 的超新星一直光彩奪目,亮度相當於1億顆太陽。1987年2月24日,伊恩·謝爾頓(Ian Shelton)和奧斯卡·杜阿爾德(Oscar Duhalde)在智利拉斯坎帕納斯天文台用望遠鏡對準大麥哲倫雲拍照時共同發現了這次超新星爆發,同一時間觀測到的天文學家還有在紐西蘭的阿爾伯特·瓊斯(Albert Jones)和辛巴威的哥林·亨肖(Colin Henshaw)。

4 超新星1987A -前身

超新星1987A的前身是藍超巨星Sanduleak -69° 202a,估算質量為18個太陽質量。在這恆星未發生爆發前,天文學界普遍相信超新星爆發只可能出現在紅超巨星身上,事後,有關大質量恆星演化的模型都須要進行修正。

5 超新星1987A -研究

超新星1987A錢德納拍攝的X射線照片以及哈勃望遠鏡拍攝的關學波段全景照片

天文學家最初發現超新星1987A時,哈勃望遠鏡還沒有上天。1990年後哈勃成功升空,天文學家馬上將它瞄向了這顆爆炸的恆星。哈勃對1987A的觀測始於1990年,至今已經拍攝了數百張照片。

哈勃的觀測揭露了這顆超新星的許多細節:

1、 超新星周圍有一個直徑約1光年的發光氣體環。它在恆星爆炸的至少2萬年前就已經存在。

2、超新星爆炸發出的X射線激發環中的氣體,使它們持續發光至今。

3、超新星還擁有另外兩個發光氣體外環,這是地面望遠鏡沒有發現的。 

4、爆發遺迹中心呈現出啞鈴形結構,長度現已增大到0.1光年。它由對稱的兩個瓣狀碎片雲組成,以每小時大約3,200萬公里的速度相互遠離。 

超新星1987A超新星1987A的動力學解釋

5、洶湧的爆炸衝擊波正在撞入死亡恆星周圍的窄環內側區域,加熱其中的氣體,使它們發光發亮。

6、哈勃拍攝的照片可以清楚地看到衝擊波撞入氣體環的過程。被衝擊波加熱的氣體團塊,使發光氣體環變成了一串珍珠項圈。

天文學家認為,再過幾年,整個氣體環都將變亮。到那時,氣體環的亮度足以照亮這顆恆星的周圍區域,天文學家就能獲得爆炸發生之前,恆星拋射物質方面的更多信息。

6 超新星1987A -猜測

哈勃太空望遠鏡從1994年到2006年拍攝的超新星1987A,揭示了衝擊波撞入氣體環,加熱其中氣體,使它們發光變亮的過程。 美國哈佛·史密森天體物理中心的羅伯特·科什納(Robert Kirshner)說,事實上如果沒有哈勃,我們甚至不知道該從哪些問題入手展開研究。」

超新星1987A超新星1987A

科什納領導著一個國際合作小組,對這顆死亡的恆星展開了研究。研究類似1987A的超新星非常重要,因為這些爆炸的恆星會產生碳和鐵之類的重元素,這是形成新恆星、星系,乃至人類的重要原料。例如,我們血液之中的鐵,就是由超新星爆炸產生的。1987A拋出的放射性鐵元素質量相當於2萬顆地球。

這顆超新星距離地球16.3萬光年,位於大麥哲倫雲中。事實上,它是在公元前161000年左右爆發的,但它的光直到1987年才抵達地球。在1987A出現之前,天文學家已經有了一套簡單的、理想化的超新星模型。

「衝擊波將穿過內環,撞入外環,並使它們發光,到那時我們將了解更多細節。」科什納說:「衝擊波會帶著我們追溯恆星爆炸前2萬年的歷史。不過還有許多未解之迷有待研究。我們仍然不知道恆星爆炸之前的演化過程,也不清楚三個氣體環的形成機制。」

天文學家還在繼續尋找死亡恆星的殘骸——黑洞或中子星的下落。大質量恆星的死亡通常會產生這種緻密天體。大部分天文學家認為,1987年的爆炸已經產生了一顆中子星,不過目前仍然沒有找到它存在的線索。科什納說,這顆中子星可能被塵埃掩蓋了,也有可能形成的是黑洞,而不是中子星。

超新星1987A中子星-內部結構模型圖

預計在2013年發射升空的詹姆斯·韋布望遠鏡,將擁有比哈勃望遠鏡更加敏銳的視力;界時,氣體環也將變得更加明亮,天文學家將擁有更好的機會,深入剖析這顆爆炸恆星的內部過程。

7 超新星1987A -解釋

超新星1987A超新星1987A光譜

很久以前,超新星1987A的前身——SK-69的大部分外層物質在移動緩慢的星風作用下慢慢脫離出去,在恆星的周圍形成了一個濃密的氣體雲。在超新星爆發之前,源自恆星的一股高速的星風把這團寒冷的氣體雲吹出一個空洞。紅色的部分表示的就是這個氣體雲的內側邊緣。內側的突出物是高速的星風同恆星周圍稠密的氣體環相互作用而產生的。向外擴張的激波(黃色部分)同稠密的突出物相撞擊便產生了在可見光波段以及X射線波上的亮斑(白色部分)。

超新星爆發所產生的殘骸(藍色部分)其擴張速度遠在激波之後,除了那些處在殘骸外圍的稀薄殼層,由於溫度太低殘骸部分不能激發出X射線。

8 超新星1987A -結論

超新星1987A的爆炸碎片殘骸其實是橢圓形的,並非球形;飛速噴濺的碎片正在撞入數千年前形成的氣體環中。

超新星1987A的超新星遺迹是其中一個最被深入研究的天體。

遺留的中子星
超新星1987A2005年4月2日哈勃望遠鏡拍攝的超新星1987A的照片 

超新星1987A似乎是向核心塌縮的超新星,理論上爆發后應該遺下一顆中子星,可是由爆發至現在仍未有發現。

超新星1987A周圍火焰環的新細節的數據為這顆厄運之星在爆炸之前的最後幾年內的行為提供了新的認識,並且暗示,該恆星亮環的預期顯著增亮已經開始了。

哈勃空間望遠鏡拍攝了超新星1987A最清晰的照片,但仍然找不到那顆理論上存在的中子星。

中子星的「失蹤」有三種可能性 :一、中子星周圍的氣體太濃密,因此不能被觀察;二、中子星吸收周圍的物質,塌縮成為夸克星,因此也不能被觀察到;三、中子星吸引了太多的物質,使之再度塌縮成為黑洞,因此也不能被觀察到。後者近年來得到較有力的支持。

超新星1987A周圍亮環的理論模型示意圖顯示黃色的激波在向外傳播的過程中,遭遇到外圍緻密氣體向內側突起的氣體團塊(白色)。它們之間的碰撞將氣體團塊加熱,釋放出可見光和X射線輻射。激波后側的氣體和激波外圍的氣體溫度都還不高,不足以發出X射線。

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