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香港輕新聞特約編輯,軍武 / 科普愛好者
5月20日拍得的SN 2023ixf首張彩色照。(圖片來自連結)
日本著名業餘天文學家兼其中一位發現個人發現超新星紀錄的保持者板垣公一先生(現時是世界第二多),在5月19日晚的個人觀天中,在俗稱車輪星系的M101旋渦星系中發現一顆超新星,並被命名為SN 2023ixf,由於M101星系已知距地球約2100萬光年,這顆超新星可說是這二十年來最接近地球的超新星。
事實上,由2004年的SN 2004dj (距離800萬光年,恰好又是板垣公一先生發現)以來,只有兩次小於2100萬光年距離的超新星,而且其中一次都是在M101,另一次則在更近1000萬光年的M82星系上,分別是2011年的SN 2011fe與2014年的SN 2014J超新星。更有甚者,這兩顆超新星屬Ia型,形成原理和一般超新星並不一樣。
Ia型超新星通常在一般雙星系統中發生,當其中一個中質量恒星死亡並形成白矮星後,有可能因為靠近其伴星,導致引力吸扯伴星上的氣體並積聚至白矮星表面;當這個白矮星的質量增加至達到錢德拉塞卡極限的大約1.44 太陽質量時,密度與熱度足以讓原有的碳核心啟動熱核反應,而且是失控的熱核反應,最終是整個白矮星都給炸毀,比較有建設性的結果,只是將大量的較重元素射到宇宙中。一般而言,這種白矮星都會有一個很大的吸積盤,比較像黑洞的,只是規模和轉速沒那麼大而已。(圖片來自連結)
II型超新星爆發前狀態,大質量恒星晚期,內部會呈現多樣的物質分層,核心的碳(氦聚變後的廢物)聚變起來,產生能量以維持引力平衡。碳「燒完」後又會再塌縮以進行氖聚變,然後到氧及矽,最後到聚變反而會吸收能量的鐵。這過程中由於產出能量愈來愈不足,為保持引力平衡,唯有不斷利用塌縮加劇聚變過程,結果每個聚變程序所能支持的時間也愈來愈短。最終狀態時內部溫度更會多達30-40億度。若本體恒星超過40倍太陽質量(中心質量也超過太陽5倍),那其就有可能直接塌縮到壓垮時空,形成黑洞。(網絡圖片)
然而SN 2023ixf就和SN 2004dj 一樣,都另一類理論上更常見的超新星—II型超新星。這是由大質量恒星終結所產生的天文現象,基本上9倍太陽質量以上的恒星都會以這種形式終結—當大質量恒星一直演化至末期,中心的氫與氦都燒完了,但因為質量足夠,可以塌縮形式大幅增加核心溫度與壓力,讓核心的碳(氦聚變後的廢物)聚變起來,產生能量以維持引力平衡。這種情況會周而復始,且「燒」的物質會來愈重,周期也愈來愈短。等到核心鐵聚變發生時,由於會變成吸收能量,此時已經再沒有能量維持星體平衡,結果就一切都完了。
超新星爆發的模擬動畫,現時的極速增光過程,其實是其表面大幅加熱且物質被炸離表面的現象,估計這顆超新星會在20日內達到最大亮度,Ia型超新星則是一爆發就增至最大亮度,但之後亮度衰變較快。
最核心部分會極速塌縮成中子星(若恒星總質量超過40倍,就有機會成為黑洞),但較外層的物質則大幅加熱且一同撞向中子星,撞擊加收縮,溫度將達1000億度,而且撞擊的震波會反彈至瓦解恒星的其他結構,加上極端高熱散發的高能中子與微中子會把能量傳到恒星其他部分並作進一步加熱,外層所有物質都會炸飛……
LCOGT全球望遠鏡組織是第一個拍到高放大影像的天文觀測組織,時間為發現後一天,利用1分15秒曝光得來。由之前的該區照片得知,這區應該是M101星系的大型星雲 / 星團密集區,這亦合乎大質量恒星出現的環境。尤其這類恒星壽命不足5000萬光年,很難離開這些區域很遠。另外雖然距離較近,但除非使用太空望遠鏡,否則很難拍到單個恒星,所以暫時也沒有這星前身星的任何資料。(圖片來自連結)
一般預計,這超新星會於未來數日至數周一直增光至最大約10等的水平,能到多亮視乎原星質量有多大而定,不過由5月21日所獲得的數據,已經在兩日內由最初的14.9等升至11.9等,相當於增光16倍(最新數據更達10.9等,已增光至少40倍,光度提升非常快,而且還未到最頂峰),整顆恒星正處於被震波瓦解的過程,而且由增光速度和猛烈程度來看,其最大值已經超越SN 2004dj 最亮時的紀錄,已幾乎肯定成為SN 1987A 1987年爆發後人類可觀測最光超新星。由於近年的超新星(尤其是II型)事件都遠得多(近年少則5000萬光年,遠則數億至數十億了),所以這個近得多的超新星更適合作觀測紀錄測。
現時各國擁有的巨型射電望遠鏡、天文衛星、宇宙望遠鏡等技術比十多年前進步更為巨大,尤其是大型的無線電陣列阿塔卡馬大型毫米波/次毫米波陣列 (ALMA)和由不同國家所屬射電望遠鏡組成的甚長基線干涉技術望遠鏡都,都是觀測整個超新星爆發過程的變化;而哈勃及韋伯太空望遠鏡更是觀測這個近距超新星的「利器」,據所知,現時哈勃太空望遠鏡已調整鏡頭指向,開始收集這次超新星爆發的紫外線光譜與影像數據。
現時最接近地球的超新星候選者是獵戶座的參宿四(圖例是模擬圖),距離只有700光年,現在已處於極不穩定狀態,且2020年初時更噴出相當於地球質量2%左右的表面物質,現在已很難估計其剩餘壽命,但可能已少於10萬年甚至只有不足1000年。(Image credit: European Southern Observatory/L. Calçada)
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