迎接下一個“SN1987A”

卞毓麟

超新星爆發(fā)是最劇烈的恒星能量釋放過程，但肉眼可見的超新星極少。能從歷史文獻中確認的，自古以來僅寥寥數(shù)例。我國古籍對此皆有可靠記載，宋代的“天關客星”（1054年）就是尤為著名者。距今最近的1604年蛇夫座超新星，因德國天文學家開普勒對其詳做觀測研究，又稱“開普勒超新星”。這些超新星皆出現(xiàn)于天文望遠鏡誕生以前，且皆位于銀河系內(nèi)。后來，用望遠鏡又觀測到許多河外星系中的超新星，即河外超新星。

SN1987A是第一例肉眼可見的河外超新星，也是1604年以來肉眼可見的唯一一顆超新星。按超新星命名規(guī)則，SN代表SuperNova,即超新星，1987A表明它是1987年發(fā)現(xiàn)的第一例。SN1987A是1987年2月24日在銀河系的近鄰大麥哲倫星云（大麥云）中發(fā)現(xiàn)的，起初是6等星，亮度達到極大時幾乎有北斗七星那么亮。

超新星主要分為Ⅰ型和Ⅱ型兩大類。Ⅰ型超新星可以認為是一類特殊的變星，Ⅱ型超新星則是大質(zhì)量恒星臨終前將外層物質(zhì)猛拋出去的劇烈爆發(fā)過程：大質(zhì)量恒星演化到晚期會形成一個幾乎全由中子構(gòu)成的極其致密的核。恒星的外層物質(zhì)持續(xù)內(nèi)落，撞到堅硬的核心便會以上萬千米每秒的速度往外反彈，并釋放出巨額能量，致使恒星亮度陡增。這一過程會持續(xù)幾個月，然后其亮度按某種規(guī)律逐漸下降，爆發(fā)拋出的殘余物漸漸擴散成一個星云。

SN1987A是典型的Ⅱ型超新星，其位置與一顆視星等為12等、名為SK69202的藍超巨星相符。SK69202的質(zhì)量接近太陽的20倍，半徑為太陽的50倍，光度為太陽的9.5萬倍。隨著超新星的爆發(fā)，SK69202消失了，這表明它正是SN1987A的前身。

各國天文學家獲悉這一發(fā)現(xiàn)，馬上動用所有觀測手段記錄跟蹤SN1987A的狀況和演變過程，包括使用光學、紅外、紫外、射電、X射線、γ射線等波段的望遠鏡和引力波觀測設備。

事后查明，在SN1987A爆發(fā)的前一天，人們記錄到了來自大麥云的中微子突增現(xiàn)象，持續(xù)時間約12秒。特別值得一提的是日本物理學家小柴昌俊的團隊憑借“神岡二號探測器”探測到其中的11個中微子，由此取得的研究成果是小柴昌俊榮獲2002年諾貝爾物理學獎的重要原因。這是人類首次探測到太陽系外的中微子，開創(chuàng)了宇宙中微子天文學的新紀元。

這次SN1987A中微子突增，比在可見光波段觀測到它早了22個小時。造成這種時間差的原因在于中微子幾乎直接來自其前身星的坍縮核，電磁波信號卻是在通過超新星外圍包層的過程中逐漸往外轉(zhuǎn)移擴散的。SN1987A的中微子流量恰與中子星形成理論所預期的量級相同，為檢驗恒星演化理論提供了有力的證據(jù)。這次觀測連同所測得的中微子能量，為中微子定出的靜止質(zhì)量上限為20電子伏。

超新星爆發(fā)的初始階段，具有特別重要的科學研究價值，因此中微子“報信”帶來的時間提前量就特別寶貴。當初的“神岡二號探測器實驗”如今已經(jīng)升級換代為“超級神岡中微子探測實驗”。新的超新星預警系統(tǒng)性能可嘉：如果探測器接受到大量中微子，它搭載的名為SNWatch的多方合作提示系統(tǒng)就會在5分鐘內(nèi)自動向各方天文學家發(fā)出警示，并通報這起事件的天球坐標；提示系統(tǒng)的后續(xù)升級還將使預警時間縮短到僅需1分鐘。

在本期專稿“超新星爆發(fā)：天文學的科研寶庫”一文中，還介紹了與此相關的其他工作。畢竟，SN1987A這類事件百年難遇。誰知道哪一天又會冒出一個新的“SN1987A”呢？科學家們?nèi)缃褚呀?jīng)做好準備，制定各種預案，歡迎它隨時光臨。