大麦哲伦云超新星
出处：按学科分类—自然科学总论 北京出版社《现代科技综述大辞典上》第459页（3638字）
1987A supernova 1987A in lmc 1987年，南半球的观测者得见的大麦哲伦云中出现了一个肉眼可见的超新星，命名为SN 1987A。
这是自从望远镜于1609年发明以来，在地球上能见到的最亮的超新星。天文学家最近的一次观察到的银河系超新星是1604年，出现在蛇夫天区的尾分客星。那时，望远镜尚未问世，留给后世的只是肉眼观察的描述记载。
1885年，在仙女大星云中发现的超新星，最亮时可达4．3视星等。当时，既不知道该星云是银河系以外的旋涡星系，也尚未认识超新星的本原。这个在现代天文学史中的第1个记录到的河外星系超新星也只有藉助望远镜的目视测光资料。大麦哲伦云是银河系之外的最近的一个伴星系，距离我们50Pm差距(约合16万光年)。它在天球上投影在南天极附近，远离恒星密集的银道带，受到的星际消光影响很小，具有远比处在银道带附近的银河系天体更优越得多的观测条件，成为第1个在光学、红外、紫外、射电、X射线和γ射线波段均有观测资料的全波段探测的超新星。大麦哲伦云是一个矮星系，质量仅及银河系的1／10。它的超新星诞生率比银河系小得多，平均每1000年出现1个。所以，大麦哲伦云中超新星爆发是千载难逢的罕见天象。可以说，SN1987A的探测和研究是现代天文学史上的重大事件。
1987年2月23日夜，设在智利的美国拉斯坎帕纳天文台的两位天文学家和新西兰奥克兰的一位天文爱好者，各自独立地发现了出现在大麦哲伦云中的超新星1987A。次日，国际天文学联合会(IAU)天文电信中央局向全世界的天文台站和机构发出电传和电报，通报这一天象的发现。
当时，SN1987A的视亮度正从6星等上升到5星等，再增亮至4星等，已成为大麦哲伦云中最亮的天体。最初的分光观测表明它是一个富氢Ⅱ型超新星。接着，许多北半球的天文学家飞往南半球的天文台站，和那里的天文学家启动一切适宜的天文仪器对超新星连续跟踪探测。
SN1987A爆发后的观测资料和爆发前的该天区的照相天图及光谱档案的对比研究，得知爆前天体是一个蓝超巨星Sk－69202。
爆发之前，它的亮度为12．3星等，光谱型B3(即是表面温度高达1．6×104K)，光度级Ia(即亮超巨星，比太阳亮11万倍)，半径比太阳的大40倍，质量是太阳的19倍。这一证认引起极大兴趣。在此之前，超新星的爆发机制理论认为，Ⅱ型超新星的爆前天体是大质量的红超巨星。SN1987A事件却表明，大质量年青恒星还可能在红超巨星阶段宁静地以星风形式抛射掉富氢外壳，先演变成蓝超巨星，再爆发成为Ⅱ型超新星。
1988年，SN1987A爆发一年后，观测到爆前天体抛射到星周空间的恒星物质的环状反射回光，证实了上述的红超巨星先演变成蓝超巨星再爆发的推论。
按照Ⅱ型超新星的爆发理论，当一个质量大于10个太阳质量的恒星其内核中氢和氦都燃烧殆尽时，中心区聚合成铁核。
如果铁核的质量大到接近1．4个太阳质量时，核心区在时标为1／100s的瞬间坍缩。坍缩核之内，在时标为1／1000s的刹那产生出大量的中微子，总数多达1053个。
中微子将坍缩所释放的引力能的大部分，以接近光速的高速带出恒星，射向宇宙四方，在几十秒内，一轰而散，于是出现在宇宙中的首先是一个中微子星。在地球表面上每平方厘米的土地上，海洋上和人体上均有上百亿个中微子穿过。
与此同时，外部核继续坍缩，与内部核碰撞，产生激波并向外反弹，冲破外部核，以1／10光速的速度继续向外冲，贯穿整个恒星，将恒星物质加热到几十万度，使恒星整体膨胀，成为超新星。最早记录到SN1987A开始增亮的时间是2月23日世界时10h35min。
在此之前3h，即世界时7h35min，世界上3个高能粒子实验站分别记录到来自宇宙远方的11、8和3个中微子，前后历时12．5、5．5和10s。这是天文学史上第1次直接检测到一个超新星爆发之前一瞬间，内核坍缩产生的中微子。
它们带走的能量约3×1053erg。
在发现后的最初几个小时，视亮度从6星等升5星等、4星等，随后稍微变暗，到3月初，亮度回升。到5月18日，即爆发后第84日，亮度增至极大值，达2．9目视星等。往后，以每日1／100星等的减光率，缓慢而持续地变暗。
SN1987A的光变曲线可以用内核抛散0．07个太阳质量的56镍、和56钴同位素的衰变释能加以描述。在爆发两年之后的光变曲线上显示出可能还有57钴、44钛、22钠等慢衰变元素的释能。SN1987A以光子形式辐射的能量为1×1029erg。到1992年底，即爆发5年多，SN1987A的视亮度已暗弱到19．9星等，只及极大亮度的六百万分之一，为爆前天体亮度的千分之一。
SN1987A的光谱分析提供了抛射物质的速度和化学组成的信息。爆发的最初时刻，光谱反映的是最外层的抛射物质的动态，速度达20000～40000km／s。随着外层逐渐稀薄，光谱开始揭示3000～5000km／s的较慢速度的深层。SN1987A继续膨胀，光球消散，演变为一片星云。到1987年11月，已得见来自深层的重元素镍、钴和氩的离子发射线。根据完整的光变曲线和丰富的光谱资料，求出爆发抛射了13个太阳质量的恒星物质，爆发动能达1×1051erg。
SN1987A爆发后的最初几周，首先在射电波段探测到与星周物质相互作用而形成的同步加速辐射。由于SN1987A的膨胀气壳、星周物质、大麦哲伦云的星际物质、大麦哲伦云和银河系之间的星系际物质、以及银河系的星际物质具有彼此不同的相对运动速度，根据超新星的光学、紫外和红外光谱中谱线轮廓和多普勒位移，可以探测观测者和SN1987A之间，沿视线方向的各个部位的星际物质的化学成份、物理状态、空间分布、运动速度等信息。
最靠近SN1987A的星周是爆发之前的蓝超巨星流失的速度为500km／s的低密度星风物质。再向外则是红超巨星阶段流失的速度为10km／s的高密度星云物质。高密度气壳的内缘受到蓝超巨星的快速星风压挤，而高密度气壳的外缘因演化成红超巨星之前的主序星流失的1000km／s的高速度星风的吹压，形成一个星际物质稀薄区。
SN1987A爆发一年之后，照相观测得见星周呈现出两个膨胀的同心光环，这是星周物质相互作用而形成的星际尘埃反光回波。
内环半径120s差距，外环半径320s差距。到爆发第2年之后，又在地面和空间检测到更靠近SN1987A的反光回波。
到1992年2月底，即SN1987A进入爆发后第6年时，它已从一个由重元素的放射性衰变而发光散热的超新星逐渐演变为与星周物质相互作用的超新星遗迹。按照Ⅱ型超新星的爆发理论，内核坍缩将形成一个致密天体，或是中子星，或是黑洞。
如果是前者，它将表现为一个脉冲星。然而，在射电波段和光学波段的巡视、搜索，却始终未能发现理应存在的致密天体。这个谜尚待进一步揭晓。
SN1987A的发现和观测提供一个充分利用现代天体物理的技术和方法，全波段和全过程地研究超新星的极为难得的机会。
现有的恒星演化最终阶段的理论，超新星爆发机制以及超新星爆发后的演化学说，均经历了考验，并得到了完善和丰满。
。【参考文献】：
1 Woosley S E,et al. Annual Review of Astronomy and Astrophysics, 1986,24:205
2 Arnett W D, et al. Annual Review of Astronomy and Astrophysics ,1989,27:629
3 Danziger I J,et al. SN1987A and other Supernovae,1991
4 Staveley-Smith L, et al. Birth of a Radio Supernova Remnant in SN 1987A,Nature,1992,355 :147
5 Chevalier R A. Supernova 1987A at 5 years of age,Nature,1992,355:691
(北京天文台博士生导师李竞研究员撰)