超新星简介

　　超新星 (Supernova) 是某些恒星演化到末期时发生的一种剧烈爆发现象，爆发导致恒星亮度急剧增加，在短时间内亮度就可以达到几十亿倍太阳亮度，随后亮度逐渐减弱，持续几周、几个月、甚至几年的时间。这种爆发将大量的能量释放出来，引起的电磁辐射通常能够照亮整个宿主星系。超新星所释放的辐射能量与太阳在其一生中辐射的总能量相当。

　　按照形成机制和光谱特征，主要将超新星分为以下几种类型。

• Ia 型超新星：通常来自一个双星系统，其中一颗白矮星通过吸积伴星的氢氦物质而增加质量，当白矮星质量接近钱德拉塞卡 (Chandrasekhar) 极限（约 1.44 倍太阳质量）时，核心达到足够高的温度和压强，启动瞬时核聚变反应而引起超新星爆发。光谱特征是爆发后伴随有明显的硅线和其他元素的谱线，缺乏氢线。

• II 型超新星：源于质量大于 8 倍太阳质量的恒星，在它的核心将核燃料消耗殆尽之后，不能进行有效的核聚变以抵抗自身引力，导致核心塌缩而形成中子星或黑洞。核心坍缩到一定程度时会产生向外传播的携带大量能量的冲击波，将外层物质迅速抛射出去，导致超新星爆发。光谱特征是含有明显的氢线和较长的光变曲线。

• Ib 型超新星：也源于大质量恒星，与 II 型超新星不同的是，这类恒星在爆发之前损失了大量的物质，失去外部的氢层。光谱特征是缺乏氢线，主要显示氦线和其他重元素的谱线。

• Ic 型超新星：与 Ib 型超新星类似，但前身恒星在爆发前损失更多的物质，剥离了外部的氢层和氦层。光谱特征是几乎没有氢线和氦线，主要显示其他重元素的谱线。

下图里面上下两行分别是 Ia 型超新星和 II 型超新星的演化示意图。

　　Ia 型超新星的白矮星通过吸积机制使其爆发时的质量几乎保持一致，因此爆发时产生的峰值光度基本上是固定的，当然，在地球上观测到的视星等会因为距离不同而改变。固定的最大光度意味着可以将 Ia 型超新星作为测量距离的标准烛光，用于测量宿主星系的距离。1998 年，利用 Ia 型超新星测距得到的观测数据揭示了宇宙的加速膨胀现象，预示着暗能量的存在。因此，开展相关研究工作的索尔·珀尔马特 (Saul Perlmutter)、布莱恩·施密特 (Brian Schmidt) 和亚当·里斯 (Adam Riess) 获得 2011 年诺贝尔物理学奖。

　　II 型、Ib 型、Ic 型超新星都属于核心塌缩型超新星，在其核心塌缩阶段，从核反应中产生的中微子携带大量能量从核心逃离出来，形成中微子爆发。由于核心处于高温高密状态，相互作用较弱的中微子能够比光子更快地逃出核心。SN 1987A 是 1987 年 2 月 24 日在大麦哲伦星系内发生的一次 II 型超新星爆发，在其爆发的光子到达地球的三小时前，世界各地有三台中微子探测器同时侦测到一次中微子爆发，历时少于 13 秒。其中，日本的神冈探测器侦测到 11 个反中微子事例，美国的厄文－密歇根－布鲁克海汶探测器侦测到 8 个反中微子事例，俄罗斯的 BAKSAN 探测器侦测到 5 个反中微子事例。这是史上首次直接探测到来自超新星爆发的中微子，虽然只探测到 24 个的中微子事例，但已远远高于背景事例水平，标志着中微子天文学的开端。2002 年，小雷蒙德·戴维斯 (Raymond Davis, Jr.) 和小柴昌俊因相关中微子探测工作获得诺贝尔物理学奖。

　　通过超新星爆发，恒星的绝大部分物质能够以接近 0.1 倍光速的速度向外抛射，并与周围的星际介质发生相互作用而引起强烈的激波，形成一种称为超新星遗迹的扩展型天体。超新星遗迹由抛射出来的气体和尘埃组成，通常呈现出向外膨胀的壳状结构或云状结构。

中国古籍中的超新星记载

　　中国古代有着悠久的恒星观测历史，记录了银河系内的多次超新星爆发事件，这些事件在历史文献中通常称为“客星”，也有称为“周伯星”的。下面列举中国古籍中记载的超新星事件，并附上现代天文观测发现的相关超新星遗迹或疑似遗迹的照片。

SN 185

　　SN 185 是出现在公元 185 年的一颗超新星，位于圆规座和半人马座之间，靠近南门二。《后汉书·天文志下》记载：

中平二年十月癸亥，客星出南门中，大如半筵，五色喜怒稍小，至后年六月消。

这颗超新星在夜空中可见的时间长达 8 个月，被认为是人类有记录以来的第一颗超新星。它的遗迹可能是气壳 RCW 86（见下图），角直径约 45 角分，距离地球约 9100 光年 [Astrophys. J. Lett. 648 (2006) L33–L38]。

SN 386

　　SN 386 是一次发生于公元 386 年的疑似超新星爆发事件，位于人马座。《宋书·天文志三》载：

太元十一年三月，客星在南斗，至六月乃没。

南斗六星位于银河系核球方向上，此处银河比较明亮，它至少应该达到 2 等星亮度才能从明亮的背景中观测到，且其持续时间达到三个月，因此被认为很可能是一颗超新星。相应的超新星遗迹可能是 SNR G11.2-0.3（下图）[Astrophys. J. 819 (2016) 160]。

SN 393

　　SN 393 是中国在公元 393 年发现的一颗超新星，位于天蝎座。《宋书·天文志三》载：

太元十八年二月，有客星在尾中，至九月乃灭。

相应的超新星遗迹可能是 RX J1713.7-3946（下图中左图为射电波段图像，右图为红外波段图像，黑色轮廓来自 X 射线观测）[Astron. Astrophys. 505 (2009) 157]。

SN 1006

　　SN 1006 是公元 1006 年间被世界多地普遍记录到的一颗超新星，位于豺狼座，距离地球约 7200 光年。它是人类历史上记录到的最明亮恒星事件，估计它的视星等达到 −7.5 等。中国、埃及、伊拉克、日本和瑞士的历史文献中都有这颗超新星的观测记录。据《宋史·天文志九》载：

景德三年四月戊寅，周伯星见，出氐南骑官西一度，状如半月，有芒角，煌煌然可以鉴物，历库楼东，八月，随天轮入浊，十一月，复见在氐。自是常以十一月辰见东方，八月西南入浊。

可见，这颗超新星爆发时的视星等接近于弦月，明亮到在夜晚甚至可以照射出物体的影子。另据《宋史·方技列传上》载：

（景德）三年，有大星出氐西，众莫能辨；或言国皇妖星，为兵凶之兆。（周）克明时使岭表，及还，亟请对，言：“臣按《天文录》、《荆州占》，其星名曰周伯，其色黄，其光煌煌然，所见之国大昌，是德星也。臣在涂闻中外之人颇惑其事，愿许文武称庆，以安天下心。”上嘉之，即从其请。

SN 1006 的超新星遗迹见下图。

SN 1054

　　SN 1054 是公元 1054 年发现的一颗超新星，位于金牛座。它在古代中国和阿拉伯的历史文献中留下了详细的记录。《宋史·天文志九》载：

至和元年 [公元 1054 年] 五月己丑，（客星）出天关东南，可数寸，岁余稍没。

《宋史·仁宗本纪四》记：

（嘉祐元年 [公元 1056 年] 三月）辛未，司天监言：自至和元年 [公元 1054 年] 五月，客星晨出东方，守天关，至是没。

《宋会要·卷五十二》书：

至和元年七月二十二日，守将作监致仕杨维德言：“伏睹客星出现，其星上微有光彩，黄色。”……嘉祐元年三月，司天监言：“客星没，客去之兆也。初，至和元年五月，晨出东方，守天关，昼见如太白，芒角四出，色赤白，凡见二十三日。 ”

这颗超新星出现在天关星附近，因而被称为天关客星。在 23 天的时间里，它在白天都能看得到，而在夜晚可见的时间则持续了整整一年十个月。它最亮时的视星等可能达到 −7 等至 −4.5 等之间，是夜空中除月亮以外最亮的天体。天关客星爆发之后形成的遗迹是蟹状星云，它于 1774 年被收录在梅西耶 (Messier) 天体列表中，作为其第 1 号天体 M1，见下图。

SN 1181

　　SN 1181 是公元 1181 年 8 月出现在仙后座的一颗超新星，记载于中国和日本的古籍中。《宋史·天文志九》记：

淳熙八年六月己巳，（客星）出奎宿，犯传舍星，至明年正月癸酉，凡一百八十五日始灭。

《金史·天文志》载：

（大定二十一年）六月甲戌，客星见于华盖，凡百五十有六日灭。

它在夜空中持续了 185 天，只有超新星爆发可以解释。这颗超新星的遗迹可能是脉冲星风星云 3C 58（下图），其中含有一颗脉冲星 PSR J0205+6449 [Astrophys. J. 645 (2006) 1180–1187]。

SN 1572

　　SN 1572 是公元 1572 年出现在仙后座的超新星，又名“第谷超新星”或“阁道客星”。丹麦天文学家第谷·布拉赫 (Tycho Brahe) 在 1572 年 11 月 11 日观测到它，当时它比金星还要亮；随着光度逐渐减弱，至 1574 年 3 月时已不能再以肉眼看见。这颗超新星在欧洲天文学界反响很大，因为它挑战了古希腊学者亚里士多德关于恒星不会变化的观点。中国对这颗超新星的观测比第谷还要早 3 天，《明实录·神宗显皇帝卷六》记载：

先（隆庆六年 [公元 1572 年] ）十月初三丙辰 [11 月 8 日] 夜，客星见东北方，如弹丸，出阁道旁，壁宿度，渐微芒有光。历十九日壬申夜，其星赤黄色，大如盏，光芒四出。占曰：是为孛星。日未入时见。占曰：亦为昼见。……按：是星历万历元年 [公元1573年] 二月，光始渐微，至二年 [公元1574年] 四月乃没。

SN 1572 的遗迹见下图。

SN 1604

　　SN 1604 是公元 1604 年出现的一颗超新星，位于蛇夫座。德国天文学家约翰内斯·开普勒 (Johannes Kepler) 对它开展了整整一年的观测，专门为它写了一本书《De Stella Nova in Pede Serpentarii》，书名意为“蛇夫座足部的新星”。因此，它也被称为“开普勒超新星”，最亮时视星等达到 −2.5 等。据《明史·天文志三》记载：

万历三十二年九月乙丑，尾分有（客）星如弹丸，色赤黄，见西南方，至十月而隐。十二月辛酉，转出东南方，仍尾分。明年二月渐暗，八月丁卯始灭。

此后至今，再也没有观测到银河系内的超新星爆发。SN 1604 的超新星遗迹见下图。