探索宇宙奥秘类

傳說中鳳凰每隔500年要投入火中以求得新生。有一種恆星在其「臨死亡」的剎那，將發生激烈的爆炸，如迴光返照般放出極耀眼的光芒。星球毀滅了自己，卻也同時觸發了新恆星的誕生。這就是超新星，天上的火鳳凰，也就是本文要介紹的對象。 超新星是最激烈的天體物理現象，它的爆發過程只延續大約一秒鐘，但是釋放出1052~1053erg 的能量，同時在爆發的過程中合成了包括金、銀在內的重元素。爆炸時產生的高能粒子是地面上任何加速器都不能達到的。超新星爆炸標示了一顆恆星壯烈的死亡，但是也觸發了新一代的恆星誕生，因此超新星成了眾多天文學以及物理學分支研究的課題，尤其是近年來天文物理得重要的研究對象。 在本文中我們將目前天文學家對這種特殊天體的瞭解做一整理，並且介紹北京天文台近年來在超新星觀測方面所取得的成果。 超新星的歷史回顧 在我國悠久的歷史中存有豐富的天文紀錄。「官方」的天文學家 ─── 欽天監 ─── 負責觀測並記錄包括彗星、流星雨等天象。其中有一類天體稱做「客星」，意該位置上原來沒有可見的星，後來突然出現一顆，故以客名之。在1054年，即宋朝至和元年，在《宋會要》中就有一顆「客星」的記載：『至和元年五月晨出東方，守天關，晝見為太白，芒角四出，凡二十三日』，也就是如今我們稱之為金牛座的區域有一星突然出現，白天都能見到如金星那樣的光芒。也就是說它最亮時達到了負2等（一般人們裸眼最暗能觀測到6等星），而隨後將近一個月的時間亮度維持在6等以上。 「客星」是什麼呢？根據天文學家的研究，其中大部分是新星 (nova)，少部份則是超新星 (supernova)。現在證實在中國古籍中記錄下的超新星有八次之多。當然最著名的是1054年的那一次，因為在天空的那個位置後來出現了一個美麗的星雲，因其形狀像一隻螃蟹而被人們稱之為「蟹狀星雲」 (Crab Nebula；)。更重要的是在1968年在其中偵測到一顆脈衝星 (pulsar)，而根據該脈衝星週期隨時間的變化，我們可以推出它誕生在約900年之前，大致與1054年的記錄符合，這更證實了它和蟹狀星雲都源於發生在1054年的超新星爆炸。 雖然，在中國古代已有超新星的記錄，但超新星這個名字卻是在本世紀20年代才被提出來的。天空中有一種變星，它們的亮度會突然增亮上千倍甚至上萬倍。由於原來很暗，人們看不到，所以以為它們是新出現的星而被稱為「新星」。在十九世紀末期和二十世紀初期人們在一些螺旋星系中發現有一些類似新星的天體，它們突然出現，然後變暗而消失。例如1885年在仙女座大星雲之中就曾出現過，最亮時達到了5.8等。到了本世紀20年代哈柏 (Edwin Hubble)確認了這批螺旋星系和我們銀河系一樣，都是由上千億顆恆星構成的系統，只是它們的距離很遠，像是比較近的仙女座大星雲，也有220萬光年之遙。那麼在1885年那顆發亮的星，在最亮的時候光度便應該是太陽的上百億倍，這要比一般的新星亮得多。於是美國天文學家F. Zwicky稱它們為「超新星」 (supernova)，亦即它們超越了新星。F. Zwicky 敏感地感覺到這類星體的重要性，於是就仔仔不倦地在河外星系中搜尋這類星體。直到60年代退休為止。根據對他所發現的一批超新星，和對它們的觀測及統計研究的結果，奠定了我們對超新星認識的基礎。所以F. Zwicky 可稱得上是超新星研究的奠基者。 表一 歷史中有名的超新星紀錄 年份(AD) 記錄地 發亮期 最亮視星等 超新星遺骸 所在星座 185 中國 20個月 -8 RCW 86 Centaurus（半人馬） 393 中國 7個月 -1 CTB 37 Scorpio（天蠍座） 1006 中國（周伯星）、日本、韓國、歐洲、阿拉伯 數年 -9 PKS 1459-41 Lupus（豺狼座） 1054 中國（天闕客星）、日本、阿拉伯 22個月 -4 蟹狀星雲 Taurus（金牛座） 1181 中國（傳舍客星）、日本 185天 0 3C 58 Cassiopeia（仙后座） 1572 中國（閣道客星）、韓國、歐洲 16個月 -4 3C 10；第谷(Tycho's) Cassiopeia（仙后座） 1604 中國（尾分客星）、韓國、歐洲 12個月 -3 3C358；凱卜勒(Kepler's) Ophiuchus（蛇夫座）