1987A超新星

SN1987A (SN是超新星英語Supernova的縮寫，1987為發現年份，A代表這是當年發現的第一顆超新星) 是位於LMC中的狼蛛星雲中的超新星。

1987年2月23日，加拿大多倫多大學的天文學家發現，在離銀河系最近的星系——“大麥哲倫雲”中有一顆正在爆發的超新星。超新星很少會出現，特別是在離地球較近的太空中更是罕見。平均在一顆星系中，每300年才可能出現一顆超新星。這次爆炸的超新星是時隔400年後首次在距離地球最近的地方發生的爆炸。於是這顆編號為1987A的超新星立即引起了全世界天文學家的關注和重視，迅速成為歷史上被研究最深入的超新星。

這顆超新星距離地球16.3萬光年，所以本次看見的照片其實是超新星16.3萬年前的樣貌。而且它的爆發在一開始就被發現了，這就為觀測研究超新星爆發的全過程提供了機會。

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。 哈勃太空望遠鏡2006年12月拍攝的1987A超新星遺蹟。

20年來，地面和太空的許多大望遠鏡，包括NASA的哈勃太空望遠鏡在內，都對超新星1987A進行過觀測。這些觀測結果已經大大改變了天文學家對大質量恆星死亡方式的認識，其中最重要的一些線索，應當歸功於哈勃望遠鏡的敏鋭視力。

“哈勃望遠鏡拍攝的清晰照片，不僅提出了許多有關超新星1987A的新問題，還幫助我們找到了答案，”美國哈佛-史密森天體物理中心的羅伯特·科什納（Robert Kirshner）説。“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。”

科什納領導着一個國際合作小組，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。

“哈勃的觀測幫助我們改寫了有關超新星的教科書。我們發現，真實世界的複雜和有趣遠遠超過任何人最大膽的想象。”科什納解釋説，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。“我們當時簡單地認為恆星的爆炸是球對稱的，而且沒有考慮爆炸之前的數千年裏恆星噴出的氣體。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。這些都是我們之前無法想象的。”

天文學家最初發現超新星1987A時，哈勃望遠鏡還沒有上天。3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，已經拍攝了數百張照片。通過對其爆發全過程的觀測和研究，人們對1987A超新星有了一定的瞭解。這一超新星的前身是一顆藍色的超巨星，視星等是12.24等。爆發之後一天，亮度就增加到了4.5等。經過三個月後亮度達到了頂峯。此後，它的亮度就開始逐漸下降，兩年之後，它就降到了11.5等。除此之外，超新星還表現出了一些奇怪的特性。例如，它的亮度總共只增加了幾千倍，這和一般情況下的超新星差的很遠，但是它的亮度變化方式和其他許多特點又表明它肯定是一顆超新星，而不是普通的新星。 ^[1] 

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。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。

“衝擊波將穿過內環，撞入外環，並使它們發光，到那時我們將瞭解更多細節。”科什納説：“衝擊波會帶着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，20年前的爆炸已經產生了一顆中子星，不過仍然沒有找到它存在的線索。科什納説，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。

如果哈勃太空望遠鏡能夠恢復正常，並按計劃更新設備，科什納打算利用新設備的紅外觀測能力尋找這個殘骸。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鋭的視力；屆時，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。

錢德拉（Chandra）太空望遠鏡最近所做的觀測，已經揭露了超新星1987A周圍火焰環的新細節。這些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。

超新星1987A的光學和X射線圖像。Image credit: NASA/CXC/PSU 這顆超新星是在距離地球僅160,000光年的大麥哲倫雲中爆炸的，曾經肉眼可見，是近400年來已知最明亮的超新星。爆炸的地點被確定到了一顆藍色超巨星上，它被稱為Sanduleak -69º 202（簡稱為SK-69），質量估計為太陽的20倍左右。 後續的光學、紫外和X射線觀測已經使得天文學家們拼湊出了這樣一幅SK-69的演化場景：大約一千萬年前，這顆恆星誕生於一片黑暗緻密的塵埃氣體雲中。

大概一百萬年前，這顆恆星在緩慢移動的星風之中損失了它外層的絕大部分質量，在周圍形成了巨大的氣體雲；在恆星爆炸之前，它的熾熱表面吹出的高速星空在周圍的寒冷氣體雲中推開了一個空洞。 來自於超新星的強烈紫外閃光照亮了空洞的邊緣，形成了哈勃（Hubble）空間望遠鏡所看見的明亮圓環。與此同時，超新星爆炸也產生了一個激波，在空洞中呼嘯着向外推進。

1999年，錢德拉拍到了這個激波，天文學家們已經在熱切地等待着這個激波撞上空洞的邊緣。在那裏，它將會遭遇到緻密得多的氣體，這是恆星在紅超巨星階段吹出的星風物質堆積而成的。這樣的遭遇會使得X射線輻射產生戲劇性的增長。來自於錢德拉和哈勃太空望遠鏡的最新數據暗示，這個深受期待的事件已經開始了。 光學熱斑正環繞在亮環上，就像一串燦爛奪目的鑽石項鍊。錢德拉的圖片則揭露了出現於光學熱斑位置上的、數百萬度的熾熱氣體。

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。激波後側的氣體和激波外圍的氣體温度都還不高，不足以發出X射線。 錢德拉獲得的X射線光譜提供了證據，表明光學熱斑和產生X射線的氣體都是由於激波和氣體的碰撞而產生的，前者是不斷向外推進的超新星激波，而後者則是環繞恆星的氣體環中，向內側突出的寒冷氣體團塊。

這些團塊是很久以前，高速星風與環繞恆星的緻密氣體雲相互作用的結果。 這些緻密的團塊和可見的環恆星亮環僅僅是一個巨大得多的物質包層的內側邊緣，其中包含的物質總量尚不清楚，它們都是很久以前被SK -69拋射出來的。隨着激波繼續闖入這片緻密的氣體雲，激波產生的紫外線和X射線輻射將會加熱更多環繞在恆星周圍的氣體。 錢德拉在不同時間拍攝到的亮環的變化過程。

超新星1987 a（SN 1987a）位於大麥哲倫星雲方向，科學家在1987年發現了這顆超新星的明亮閃光，其前身是一藍超巨星，在進入超新星爆發階段時，所有的物質開始拋射，是一次較為典型的大質量恆星演化案列。科學家再次組織對超新星1987 a的觀測，卻發現了不一樣的情景，從巨大的塵埃團中發現了一些有助於揭開恆星爆發物質與早期天體系統演化、形成的跡象。 ^[2] 

距地球16萬光年的大麥哲倫星雲，1987年曾出現超新星“1987A”三光環奇觀。這種現象的形成過程一直被天文學界認為是不解之謎。近日，兩名日本科學家給出了他們的解釋。

超新星是恆星瀕臨死亡時能量大爆發的“迴光返照”，在大爆發中顯示非常明亮輝煌的景觀，在超新星爆發後，恆星就成為吞噬一切物質和能量的黑洞。日本九州大學教授田中高史和湘南工科大學教授鷲見治一用電子計算機成功再現了這一超新星的光環景象。兩位教授推斷，光環在恆星成為超新星之前的紅巨星階段已經形成。在紅巨星階段，先是恆星濃密氣體向周邊膨脹為球狀，後來，因為恆星內部氣體更為迅速地噴發，氣團成為空心球狀。由於磁場壓力的作用，球狀氣團變成平的環形，而環的上面和下面分別受到恆星北極和南極的引力，剝落成三個環。 ^[3] 

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。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。 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。爆發遺蹟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。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。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。

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）説，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科什納領導着一個國際合作小組，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，到那時我們將瞭解更多細節。”科什納説：“衝擊波會帶着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，不過仍然沒有找到它存在的線索。科什納説，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。

預計在2018年發射升空的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡，將擁有比哈勃望遠鏡更加敏鋭的視力；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。

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脱離出去，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，由於温度太低殘骸部分不能激發出X射線。

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的超新星遺蹟是其中一個最被深入研究的天體。

超新星1987A似乎是向核心塌縮的超新星，理論上爆發後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。激波後側的氣體和激波外圍的氣體温度都還不高，不足以發出X射線。

2019，藉助於最先進的亞毫米望遠鏡ALMA 終於發現了證實了殘骸裏中子星的存在。

2024年4月1日，英國倫敦大學學院參與的國際天文學研究發現首個確鑿證據，證明超新星1987A的中心存在中子星。研究結果發表在《科學》雜誌上。 ^[4] 

該科研團隊用詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（JWST）光譜儀觀察超新星，發現重氬和硫原子的證據，其外層電子已在靠近恆星爆炸發生處被剝離，相對於超新星靜止框架的速度發生了藍移。經光電離模型研究發現這些原子只能被來自熱冷卻中子星的紫外線和x射線輻射電離，或者由快速旋轉的中子星加速並與周圍超新星物質相互作用的相對論粒子風電離，速度的變化可能是中子星誕生的證據。 ^[4]