迎接下一個“SN1987A”

卞毓麟

超新星爆發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”。這些超新星皆出現于天文望遠鏡誕生以前，且皆位于銀河系內。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。按超新星命名規則，SN代表SuperNova,即超新星，1987A表明它是1987年發現的第一例。SN1987A是1987年2月24日在銀河系的近鄰大麥哲倫星云（大麥云）中發現的，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型超新星則是大質量恒星臨終前將外層物質猛拋出去的劇烈爆發過程：大質量恒星演化到晚期會形成一個幾乎全由中子構成的極其致密的核。恒星的外層物質持續內落，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。這一過程會持續幾個月，然后其亮度按某種規律逐漸下降，爆發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，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現，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爆發的前一天，人們記錄到了來自大麥云的中微子突增現象，持續時間約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。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量上限為20電子伏。

超新星爆發的初始階段，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就會在5分鐘內自動向各方天文學家發出警示，并通報這起事件的天球坐標；提示系統的后續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：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？科學家們如今已經做好準備，制定各種預案，歡迎它隨時光臨。