超新星观测：1987年发现首个宇宙中微子

超新星的观测近况

1987年2月23日7时36分超新星1987A出现中微子爆，日、美、意、苏的4个中微子观测站共记录到27个中微子事例，历时7～13秒，与理论估算比较符合。实际上那时在地球上每平方厘米有数百亿个中微子通过，只是由于中微子与物质作用太弱，所以谁都感觉不到，只有用极灵敏的检测器才能接收到这些中微子。虽然全世界只接收到27个来自超新星1987A的中微子，但意义重大，因为这是第一次检测到除太阳之外的天体发来的中微子。

从日本神岗站接收到不同能量的中微子的时间分布情况来看，有的相隔很短，有的又间隔较长，显得没有什么规律。一般认为中微子的静止质量为零，不管是多大能量的中微子都以光速运动，那么中微子出发时也像接收到它们时那样地没有规律。若中微子有微小的静止质量，则中微子就不是以光速运动，其速度与其能量有关，中微子能量大的要运动得快些。若假设中微子的静止质量m=15eV(约十万分之三电子静止质量)，可从各个中微子到达的相对时间反推出它们出发时的相对时间，这时就显得比较有秩序，即前后时间间隔比较均匀了。但由于中微子实在太少，所以不能由此肯定中微子具有静止质量。(www.xing528.com)

大约过了2小时，出现硬(短波长)紫外线爆，这表明强有力的激波是通过较小的母体星的表面迸发出来时产生的。因为激波经过的区域会把物质压缩，使其密度大大提高，光子自由程大大减小，造成内部产生的辐射经过这些区域时受到吸收和散射，由于辐射能量“沉积”在较小的表面积上，会将星体加热到50万度，因而产生大量的硬紫外线。随着星体物质大约以1/10的光速运动时，这些紫外线会大量喷发出来。膨胀时使最外层冷却下来，占优势的紫外辐射很快就让位给可见光波段了。另外，激波在内部传播时，可把星体物质加热到50亿开的高温，部分硫和硅因此聚变形成放射性同位素镍56。镍56衰变成钴56，半衰期为6．1天。钴56再衰变成激发态的铁56，半衰期为77天。当铁56回到基态时会放射出具有特定能量的丁射线，其中一部分射线直接逃出去了，而另一部分则被膨胀中的超新星壳层吸收后转换成可见光。理论计算推测，大约在超新星爆发20天后，其光变演化的主要能源是来自放射性同位素的衰变。随着放射性元素的减少，超新星也就逐渐暗淡下来。实际上还有另一条衰变链:从镍57到钴57再到铁57，半衰期为270天。观测超新星1987A可见光变曲线表明，在1990年以前严格遵从钴56的77天半衰期，而从1991年起这条曲线转变为遵从钴57的270天半衰期。超新星的理论预言得到了有力的证实，但仍有许多现象令人难以理解。超新星中微子爆的出现标志着中子星的诞生，可是一直到1989年1月18日夜才检测到来自该超新星的脉冲光信号，但并未得到确认。另外，在中微子爆出现之前4小时，有的观测站已记录到单独的中微子爆。对于出现两次中微子爆现象，有人提出空间不一定是无挠的，而是有一定的挠度，具有自旋的中微子可以沿着两条路径到达地球，其中一条路径更长一些，因而探测到两次中微子信号。另外，该超新星爆发几个月后又出现大约为该超新星亮度1/10的第二个光源。多数超新星爆炸呈球状进行，所以有气壳状的遗迹，其周边会出现明显的环形，被称为拱星环。气壳的厚度约等于其直径长度的10%－30%，在膨胀过程中，这个比值几乎不变。少数超新星遗迹类似于蟹状星云，其物质呈连续分布。哈勃空间望远镜拍摄到超新星1987A总共出现3个光环，其中最小的光环中心是超新星，还有两个较暗的大光环像重叠着的“呼拉圈”。这对直径为几光年的环很细，呈椭圆形，跨在超新星上，从地球上看去，两个环似乎是交叉的。它们彼此几乎是镜像，但对称轴又不通过超新星。有的天文学家认为，这些光环可能是高能辐射或粒子束投射到在超新星周围的两个方向上朝外膨胀的气体泡，产生了类似于探照灯的光照射到云层上的效果。1995年1月，具有极高能量分辨率的日本“飞鸟”射线天文观测卫星首次发现仙后座A星(3C461)呈轮胎形。该星距地球约9000光年，是1667年一颗超新星爆发后留下的遗迹。它又是星空中除太阳外的最强的射电源，数千万度的高温气体向外扩展，现在已形成一个直径达10光年左右的巨大天体。“飞鸟”的发现令人难以理解，为什么这颗超新星爆发后，不是以球形，而是按轮胎状扩展?而且仙后座A的中心星至今未找到，轮胎形的内侧既没有内核之类的东西，也没有强磁场存在，因此有人推测也许这个轮胎的内侧有一个黑洞。还有前面已提到过的超新星1993J，除了特殊的爆发特性外，还发现它的氢Ho线双峰结构、氧禁线蓝移等重要特征，尤其是后者在超新星光谱中为首次发现。确切地说，谁也无法详尽地解释以上这些现象，只好将这些事实记录下来并存档，留到以后来揭开这些谜。所以天文学家总是盼望另一次超新星爆发，把天文仪器对准着最可能升起超新星的天区，以便得到更多的观测资料。