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自然現象充滿了多樣性,隱藏在天空中的財富如此豐富,我們人類的心靈永遠不會缺少新鮮的營養。——約翰尼斯·開普勒

說上面這段話的人真的很幸運,因為他在1604年看到了人類最後一顆肉眼可見的、照亮全天空的超新星爆發事件,稱為開普勒超新星。就目前來說事實就是這樣,自1604年以後再也沒有人看到過天空中(銀河系)突然出現了明亮的恆星。雖然在隨後的1680年和1984年在我們的星系中又發生了兩起超新星事件,由於銀河系中心塵埃的阻擋導致這兩起事件肉眼看不到,所以目前只能用強大的望遠鏡才能看到這兩次超新星爆發後的殘骸。

那麼我們今天要說的就是,假如銀河系中真的有超新星爆發了,我們人類能否提前知道(預警),也就是在時間上打個提前量,以便於我們觀測,以及就目前的銀河系有哪些可能的超新星候選者?

首先我們要知道有兩種方式可以產生超新星,但這兩種方式都涉及到了失控的核聚變反應,釋放出大量的光和能量。但是大部分的能量,並不是光子的形式釋放的。

超新星爆發會產生巨大的衝擊波和以光子為形式的熱量,但是內部反應也會產生大量的中微子,中微子想必大家很熟悉,這東西很神奇,在它面前幾乎沒有障礙物,因此幾乎所有的中微子都不會與恆星外層發生相互作用或者碰撞!但衝擊波和光子要到達垂死恆星的外表面一般需要幾個小時,但中微子不一樣,它會立即逃離恆星表面。

這意味著當有一顆恆星變成超新星時,中微子會比光子跑的更快!早在1987年,我們就從大麥哲倫星系狼蛛星雲的超新星1987a爆發中證實了這一現象。

1987年超新星1987a在距離我們168000光年之外爆發,這個距離已經離我們足夠近了,畢竟沒有在我們自己的星系!當時全世界有很多中微子探測器在執行,我們在大約13秒的時間內探測到了23個反中微子。其中最大的探測器神岡二號(Kamiokande-II)含有3000噸的純水,探測到11個反中微子。

今天,在同一地點的中微子探測器:超級神岡SK-IV,包含了5萬噸水和超過11000個光電倍增管。探測中微子的能力是之前的成百上千倍。

超級神岡SK-IV的神奇之處在於,它不僅可以探測到中微子,還可以告訴我們任何一箇中微子的來源方向,能量以及在何處與50000噸純水中的粒子發生了相互作用。

如果在我們的銀河系中有潛在的超新星爆發,我們可以利用超級超級神岡SK-IV探測比光子早早逃逸的中微子,並且告訴我們這些中微子的來源方向。包括世界各地的中微子探測器也會得到大量的探測資料,因為這些中微子都來自同一時間,同一方向。

到那時如果真的探測到了大量的中微子,我們將有大約兩到三個小時的提前量來確定這些中微子的起源方向,並將望遠鏡指向中微子的來源方向,我們就可以第一時間獲得超新星爆發的光學影象!這也將會是人類首次在光學望遠鏡下,看到超新星爆發的完整影像。這就是我們提前知道超新星爆發的途徑。

自1987年以來距離我們最近的超新星是2012年來自NGC 3239星系中的SN 2012A超新星。那我們自己的銀河系現在有沒有超信心爆發的候選者呢?

如果超新星的型別是Ia型超新星的話(它起源於一顆白矮星或兩顆白矮星合併),目前我們無法預測星系中的白矮星會發生什麼?我們總不能每一顆都去觀測,這也不現實!因為白矮星實在是太多了,而且幾乎大部分的白矮星位置都是未知的,並且他們散佈在銀河系的各個角落。因此我們根本無法為1a型超新星的爆發預測候選者。

但是,如果是由一顆大品質恆星產生的超新星,也就是核塌縮型超新星(II型超新星),我們就有很多很好的候選者,還有一些機率比較大的區域可以觀察。

最明顯、最可能的區域就是銀河系中心,銀河系中心是最後一顆銀河系已知的超新星的位置(1984年的人馬座的G1.9+03),也是我們星系中迄今為止發現的最大品質恆星的位置。在接下來的10萬年裡,銀河系肯定會有很多II型超新星從這裡起源,但是我們無法確定在什麼時候會看到下一顆超新星爆發。當你看上面的圖片時,說不定已經有超新星爆發了,我們現在只是在等待中微子(然後是光子)到達我們地球!

但是還有比銀河系中心更接近、更可能的候選者。

在我們的星系中巨大的星雲裡面,你會發現一些最熱,最藍、最年輕的恆星。這是超大品質恆星的所在地,也是活躍的恆星形成區域。特別是上圖中的鷹狀星雲,很有可能是下一顆超新星爆發的所在地。鷹狀星雲、獵戶座星雲和許多其他充滿新恆星的區域都是預測下一個超新星的好地方。

那麼已知的單個恆星呢?雖然有許多看起來不錯的候選人,但我們有兩個特別的候選者不得不說。

上圖看到沒有,這就是船底座η星(海山二),它現在的樣子預示著隨時會爆炸,但是它畢竟是顆恆星,在生命的最後階段也可能存活數百年、數千年甚至數萬年。儘管如此,如果我們從船底座η星的位置附近探測到了大量的反中微子,我們肯定將望遠鏡第一時間對著這個地方!

以上的候選者離我們都比較遠,其實我們還有一個更近的候選者。事實上,這也是離我們最近的超新星候選者!

從上圖就可以看到這是獵戶座,箭頭指向的就是參宿四,是一顆距離我們只有640光年的紅色超級巨星。參宿四的體積非常巨大,直徑相當於土星圍繞太陽公轉的軌道的直徑!如果參宿四變成超新星,我們將在全球範圍內的中微子探測器中探測到大約1億個反中微子,這將是有史以來探測到的所有型別的中微子的總和。

而且參宿四到我們地球之間很少有宇宙塵埃和中性氣體的阻擋,那麼屆時參宿四爆發後的光度可以照亮整個天空,甚至在白天都可以看到。

總結:等待、等待、還需耐心等待

以上就是我們對銀河系中超新星爆發預測的提前量,通過探測中微子的方向,提前將望遠鏡對準指定方向,我們將看到有史以來超新星爆發的完整過程。還有銀河系中目前最可能發生超新星爆發的區域以及單個恆星的候選者。而我們現在要做的是,只能祈禱、等待希望在有生之年看到史書上記載的照亮天空的超新星爆發。

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