臺北市立天文科學教育館

中央研究院天文及天文物理研究所的研究團隊最近在揭示超新星震波的物理機制上取得了重要突破。由博士生陳文翊與助研究員陳科榮領導的團隊，利用中研院天文所高效能運算主機Kawas，歷經兩年多密集計算，成功創建了全球首個二維多波段輻射流體模擬，為理解超新星震波閃光的物理機制提供了全新視角。這項模擬精確描述了不同能量的光子如何傳輸及影響震波的動力學，並與實際觀測數據進行了詳細比對。相關研究成果發表於最新一期的《天文物理學期刊》。

超新星震波：超新星爆發的關鍵現象

當質量介於10至30倍太陽質量的恆星進入生命的最後階段，其核心會形成鐵核，最終塌縮成中子星，並伴隨微中子釋放出巨大重力位能，引發震波摧毀整顆恆星。震波以超音速形式傳遞，當它到達恆星表面時，內部的光子能量會迅速擴散至震波前端，產生極為耀眼的閃光，即「超新星震波突破」。這個閃光僅持續數小時，與前身恆星的質量與半徑密切相關，輻射波段主要集中在高能的X光與紫外線範圍，發生時間遠早於可見光變曲線，因此被認為是超新星爆發的重要前哨信號。

模擬重點：從1987A揭示震波的物理特性

團隊的研究對象包括著名的超新星1987A。它因與地球距離適中且爆發後觀測條件良好，提供了研究從核心塌縮超新星演化到殘骸形成的珍貴機會。研究發現，超新星前身星的環境對震波閃光有顯著影響，使得震波閃光成為研究超新星周圍物質結構與質量損失的重要工具。透過多維度模擬，團隊發現震波突破時的流體不穩定性會顯著增強閃光亮度並延長其持續時間，這與傳統一維模擬的結果截然不同，為我們對超新星震波閃光的理解帶來了革命性改變。論文第一作者陳文翊指出：「輻射先驅與周圍介質的交互作用是形成震波信號的關鍵。我們的二維多波段模擬能更準確地描述震波爆發期間的輻射流體動力學。」

圖說：極新星的震波突破：極新星是比超新星更為劇烈的天文現象，其爆炸能量超過超新星十倍以上。這種極具威力的爆炸通常伴隨著強大噴流，並在恆星的兩極形成明顯的震波突破結構。噴流不僅驅動爆炸，還導致內部產生強烈的流體不穩定性，進一步混合恆星內部的物質。最新的觀測資料顯示，著名的超新星1987A，可能也與噴流作用密切相關，並非傳統一維模型所預測的純球型對稱性爆炸。圖片來源：中研院天文所／陳科榮

新世代觀測工具的啟示

這項研究的重要性不僅在於理論突破，也為未來的觀測奠定了基礎。共同作者小野勝臣博士表示，多維輻射流體模擬能清楚顯示震波信號在不均勻星際介質中的表現如何與一維模型有所不同。而研究團隊主持人陳科榮博士則強調，未來的X光與紫外線太空望遠鏡將能捕捉更多超新星震波閃光，為研究超新星早期演化及前身恆星的特性提供寶貴數據。（編譯／王庭萱）

資料來源：ASIAA