超新星SN 1987A(上):一段歷史

在一個風大的夜晚,一名研究生發現了一顆在數小時內突然出現的亮星。這顆星就是近代天文觀測最重要的事件:超新星SN 1987A。這並不是第一顆被發現的超新星,但卻是現代最亮、發現時間點最早、帶來最豐碩研究成果的一顆。近年來的觀測又有新的突破。在介紹科學成果之前,本文帶大家重回1987年的智利,重新回顧這歷史性的一刻。

撰文|許世穎

1987年2月24日7點35分(UTC),世界上有三台微中子觀測站同時偵測到了「超大量」的反微中子訊號:日本的神岡微中子探測器II代(Kamiokande II)、美國的IMB偵測器(Irvine–Michigan–Brookhaven detector)以及俄羅斯的BNO(Baksan Neutrino Observatory)。微中子不帶電,是最難被偵測到的粒子之一。天文學家們過一段時間後分析資料才發現這些微中子,當下並不知道有這麼多微中子通過地球。然而這些微中子卻為近代天文學最重要的觀測事件之一揭開了序幕。 [2]

(延伸閱讀:在地底深處一窺太陽發光之謎

伊恩.謝爾頓(Ian Shelton)當時是加拿大多倫多大學(University of Toronto)的研究生。多倫多大學在智利的拉斯坎帕納斯天文台設置了望遠鏡(圖1),謝爾頓當時的工作就是常駐在智利的天文台這邊、負責維護望遠鏡、並且訓練那些前來使用望遠鏡的人。雖然常駐在智利這裡聽起來很孤單無趣,不過這份工作的好處就是可以在沒有人來借用的時候,盡情地利用天文台的資源、做自己想要的觀測 。[3]

圖1:拉斯坎帕納斯天文台。圖片來源:Cédric Foellmi [4]

謝爾頓當時花了些時間修復了一支已經10年沒有人使用的望遠鏡,打算用來做一些自己的研究。1987年2月24日,那是個風大的夜晚。謝爾頓抵達望遠鏡站後,先是想辦法開啟故障打不開的觀測窗口。好不容易打開之後、他將望遠鏡對著大麥哲倫星雲拍攝。三個小時過去了,突然一陣狂風吹來、將窗口再次關上,謝爾頓轉念決定提早結束當晚的觀測。他著手檢查已經拍攝好的照片板、突然發現有些照片接近中央的地方,出現了一顆本來不應該存在的5等亮星。而在當晚早些時刻的照片板中,原先的位置是一顆較暗的16等星。這表示那顆星在當晚的某個時刻之後突然變得超級亮、亮了600多倍(圖2)!5等星已經是肉眼可以看到的程度了,他立刻衝到門外定睛一看,果真在天上有一顆突然出現的5等亮星!他馬上狂奔到旁邊其他望遠鏡的觀測室內、告訴同事們他的發現。另一名天文學家貝瑞.馬多(Barry Madore)聽完敘述之後,判斷這應該是一顆超新星(Supernova)。當場的另一名天文學家奧斯卡.杜阿爾德(Oscar Duhalde)也表示自己剛剛看到了一顆新的亮星。三人到外面再次用自己的眼睛確認這顆星真的存在。他們知道,這顆超新星即將在天文學界引起新的波瀾。 [5]

AAT 50. The location of Supernova 1987A, before and after the explosion
Credit:"© Anglo-Australian Observatory" and (optionally) "Photograph by David Malin"

超新星

超新星是恆星演化後期的其中一種變化型態。大質量恆星演化到了最後,就有機會產生大爆炸、形成超新星。觀測超新星能讓我們對於恆星演化更加理解,在過去的觀測史上,超新星爆炸相對少見。據推測,最早的一次超新星觀測記錄發生在西元185年(東漢中平二年),紀錄在中國的《後漢書.天文志》裡。前一次如此耀眼的超新星爆炸的觀測是克卜勒在1604年所觀測到的(圖3),視星等有-2.5等。然而超新星的現代理論架構要到20世紀才出現,不管理論模型再怎麼發達,都需要好的觀測結果來證實。400年來雖然有零星幾個超新星爆炸事件,但大多距離遙遠,觀測效果有限。1987年來了一顆爆炸後不久就立刻就被發現、距離相對近、爆炸能量又強的超新星出現了!對它的觀測將可以讓人類對天文的理解邁進一大步。 [7][8]

圖3:SN 1604(克卜勒超新星)爆炸後,以現代觀測技術所拍攝到的遺骸。圖片來源:NASA/ESA/JHU/R.Sankrit & W.Blair [9]

在天文學界如果有任何的新發現,必須要回報給國際天文聯合會(International Astronomical Union,簡稱IAU)正式紀錄,而且第一個回報的才能算是發現者。可是1987年2月在拉斯坎帕納斯天文台的現場,沒有一個人知道該如何回報新發現給國際天文聯合會。謝爾頓在翻閱天文台內的許多書籍、期刊之後,好不容易在雜誌上找到了教學。他打給位於美國麻州的國際天文聯合會辦公室半晌卻沒人接聽。一夥人只好開車到100公里以外的小鎮發電報,這才終於將這個天大的消息傳遞到全球的天文學家手中。他們仍然是第一組回報的團隊、成為了這個歷史性時刻的見證人。順帶一提,現在國際天文聯合會的網頁已經有回報新發現的教學了,讀者們不妨去看看,以備不時之需:How to Report a Discovery。[5][10][11]

其實除了在智利的謝爾頓一夥人以外,當天在澳洲也有另外一個人發現了這顆超新星。愛爾伯特·瓊斯(Albert Jones)是個業餘的天文學家。雖然說是業餘的天文學家,但他一生親眼觀測過的星星甚至遠遠多過大多數的專業天文學者。在他43歲那年他成了史上第6位做出10萬次變星觀測的人,到了84歲甚至達成10萬次觀測的成就,成為史上第一人。從他與望遠鏡的合影中可以看到他對於天文觀測的熱愛(圖4)。1987那年他67歲,人在紐西蘭觀測大麥哲倫星雲的變星,就這樣碰巧看到了這顆突如其來的亮星。發現後不久雲層遮住了星光,他立刻告知了在其他地方的觀測者,希望其他人能把握機會觀測。而後在撥雲見星後,他又持續觀測了4小時。他的紀錄成為了SN 1987A最初期發展的重要資料。這位觀測界的傳奇在2013年離世。哲人日已遠,典型在夙昔[3][12]。

圖4:已故觀測家愛爾伯特·瓊斯(Albert Jones,1920-2013)。圖片來源:[13]

參考資料:

  1. [1] New Hubble Observations of Supernova 1987A Trace Shock Wave
  2. [2] wiki / SN 1987A
  3. [3] Supernova 1987A | aavso
  4. [4] wiki / Las Campanas Observatory
  5. [5] A star explodes: The story of supernova 1987A | Science News
  6. [6] COSMOS / Type II Supernova
  7. [7] wiki / Supernova
  8. [8] wiki / History of supernova observation
  9. [9] wiki / Kepler's Supernova
  10. [10] IAUC 4316: 1987A; N Cen 1986
  11. [11] TORONTO STAR / Astronomer looks back on a star discovery of the 1980s: SN 1987A
  12. [12] wiki / Albert F. A. L. Jones
  13. [13] Sky & Telescope / Albert Jones 1920-2013
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