中央研究院天文研究所（ASIAA）的研究團隊對超新星衝擊波的物理學取得了突破性的見解。利用強大的Kawas計算集群，研究小組進行了兩年多的密集計算，發展出世界上第一個二維多波長輻射流體力學模擬。 這些先進的模擬準確地模擬了不同能量的光子如何與衝擊波動力學相互作用，從而提供了對衝擊爆發閃光的詳細了解。

超新星是比超新星更劇烈的天文現象，其爆炸能量是超新星的十倍以上。 這些強大的爆炸通常伴隨著強烈的噴流，在恆星的兩極形成明顯的衝擊破裂結構。 這些噴流不僅推動了爆炸，還在噴出物質中引發了強烈的流體不穩定性，進一步混合了恆星的內部物質。 最近的觀測數據表明，著名的超新星1987A可能與噴流爆炸密切相關，而不是先前的一維模型所預測的球形爆炸。 圖片來源：ASIAA/ Ke-Jung Chen

這項突破使科學家能夠將模擬的衝擊波閃光訊號與實際觀測數據直接進行比較，從而提高了我們研究和預測超新星的能力。 研究團隊的研究成果發表在最新一期的《天文物理學期刊》。

質量為太陽10到30倍的大質量恆星在其生命的最後階段會發生巨大的變化。 當它們接近尾聲時，會形成一個鐵質內核，最終在自身引力的作用下坍縮，形成中子星。 這種坍縮釋放出巨大的引力能量，主要是透過中微子釋放的，它引發了強大的衝擊波，將恆星撕裂。

衝擊波以超音速穿過恆星，在超新星爆炸中發揮了關鍵作用。 當它到達恆星的表面時，衝擊波的能量開始向外擴散，形成一個無比明亮的閃光，被稱為”超新星衝擊爆發”。 這種閃光的持續時間取決於恆星的大小和質量，通常只持續幾個小時。 這事件的大部分輻射都是以X 射線和紫外線的形式發出的，早在肉眼看到爆炸之前就已經出現了。

由於衝擊波爆發發生在超新星過程的早期，因此它可以作為一個寶貴的預警信號，幫助天文學家預測恆星即將發生爆炸的時間。

在超新星爆炸的早期階段，強大的衝擊波會衝破恆星的外層大氣，爆炸後的氣體充滿了湍流結構。 圖片來源：ASIAA/陳文怡

研究小組的模擬重點是著名的超新星1987A，它為研究從核心坍縮超新星到超新星殘餘物的演變提供了一個獨特的機會。 研究發現，原恆星的環境對爆發閃光有重大影響，這表明閃光可用於研究超新星爆炸周圍的條件，並推斷星周介質與恆星質量損失之間的關係。

多維模擬顯示，衝擊爆發過程中的流體不穩定性增強了閃光的亮度並延長了閃光的持續時間，這與之前的一維模擬有很大不同，從根本上重塑了我們對超新星爆發閃光的認識。

超新星爆炸早期衝擊波與星際介質之間的相互作用： 在超新星爆炸的早期階段，強大的衝擊波會撞擊恆星周圍的星際介質。 這種星際介質通常呈現出一種”甜甜圈”結構，可能是恆星在演化晚期的質量損失所形成的。 當衝擊波與這些物質碰撞時，會產生極其明亮的輻射和強烈的湍流現象。 衝擊波與周圍物質之間的相互作用為了解晚期恆星的質量損失和衝擊波的傳播動力學提供了重要線索。 資料來源：ASIAA/陳文怡

“輻射前驅物與周圍介質之間的相互作用對於形成衝擊爆發訊號至關重要。我們新的多維、多波段模擬可以更準確地描述衝擊爆發過程中複雜的輻射流體動力學。”ASIAA 研究的共同作者Masaomi Ono 博士補充說：「這項研究清楚地表明，即使對於球形爆炸，二維輻射流體動力學得出的衝擊爆發訊號也可能與一維模型預測的訊號不同。多維輻射流體動力學對於評估核心塌縮超新星的衝擊爆發訊號至關重要，尤其是在非均勻週星際介質中。

這些模擬為今後觀測和預測超新星提供了重要的參考數據。 下一代X射線和紫外線太空望遠鏡將捕捉到更多的超新星衝擊爆發閃光，進一步加深我們對超新星早期演化和大質量恆星最終演化的理解。

編譯自/ ScitechDaily