鹿林天文台的巡天計畫?
 
至今已發現三個超新星

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☉葉永烜(中央大學天文所及太空研究所教授)
捕捉超新星
鹿林天文台的巡天計畫
2005. 1. 10 中國時報

 位於玉山國家公園鹿林前山的「鹿林天文台」,是教育部及國科會「追求卓越」計劃下由中央大學所支援設置的,是國內外各研究單位(包括成功大學、中研院天文所、美國羅倫斯利佛摩實驗室、夏威夷大學天文所、日本太空科學研究所)的觀察工作匯集中心。

 天文台內的一米望遠鏡(簡稱LOT),每季平均都有18個計劃在進行,觀察工作都充分利用小型望遠鏡和台灣的觀察條件的優勢。第一,小型望遠鏡的運作及時間分配都比口徑2米以上的望遠鏡要更具有彈性。所以 LOT可以用來研究天文物體亮度長達數小時至數天的連續時間變化。第二,由於台灣的緯度靠近赤道,而經度則與夏威夷相隔幾千里,所以我們一方面可以集中注意力在南天的目標。而對於瞬間發生的天文現象(如超新星及伽瑪爆),更是在全天24小時佔了5-6小時的便宜。當LOT「開光」不久之後,便參與了若干國際研究單位的觀測計劃。此外,在全球性的 Whole Earth Blazar Telescope(WEBT)計劃中,鹿林天文台也扮演了重要的角色。最近,中央大學更研擬出「台灣超新星巡天計劃」方案,用以配合整個宇宙學及粒子天文學的研究方向。

發揮台灣地理位置的時空優勢
▲超新星發生的示意圖。第一階段是白矮星及另一恆星組成的雙星系統的物質交換。第二階段則是積聚在白矮星表面的物質產生核燃燒作用。由此引爆,把氫燃燒產生的重元素如氧、碳、矽、鎂、鐵等以高速噴射入恆星際空間。在爆炸後十多天內會達到亮度的最大值。隨著噴射物質的向外擴張,便會形成一個明亮的超新星殘骸。向中心塌縮的部分則變成一個中子星或黑洞。
圖片來源:中央大學天文所碩士生賴怡璇及HST。

 由於產生的機制不同,超新星可大分為兩種。第一類的超新星稱為Ia,第二類則有II型及Ib 和Ic等。第一類(Ia)是由一個白矮星和一個恆星相繞運行的雙星系統,在物質運輸作用下,使得在白矮星表面積聚的物質,受重力作用下突然塌縮,並引生強烈的核反應作用,所產生的能量可達1051erg之鉅。第二類(II、Ib及Ic)是因大質量恆星在核燃燒過程的不平衡現象,以致重力塌縮及爆炸而成。這些能量使得恆星物質以極快的速度(每秒1000-2000公里)向外擴張。其亮度有時可相當於其所在地的星系。根據古籍記載,中國宋朝時(AD 960-1279)發生的兩個超新星(SN 1006和SN 1054),在最亮的時候甚至可以與金星爭輝!在各種光譜類型的超新星,其中以Ia 型的亮度變化最為均勻也最亮。因此便被天文學家採用為所謂「標準燭光」,用來測量非常遙遠的星系的距離。原理是如果根據其亮度在時間的變化,新發現的超新星得認證為Ia 型,則從其亮度的強弱,可以計算出它的宿主星系的絕對距離(r)。再從光譜測量的紅移效應關係,便可求出這宿主星系的擴張速度(v),從而得到與宇宙起源的大霹靂理論中決定速度和距離的關係(v = Hr)中的哈勃常數(H)。在美國柏克萊加大大學有兩個小組,便利用Ia 型超新星的觀察資料,以求精準的H值。從不同紅移的Ia 型超新星宿主星系的v和r的分布,他們更進一步的發現宇宙事實上是加快的向外擴張。這個成果是當今宇宙論研究中的一個大突破。

 雖然這項工作必須要遠距離超新星的觀察,天文學家現在卻回頭探討近距離超新星的性質。這是因為離今幾億年前所產生的近處超新星可能和幾十億年前發生的遙遠超新星並不一樣,所以在加大從事超新星計劃的阿歷斯•菲臘平高(Alex Fillipenko)教授便強調,必須要針對靠近星系中產生的超新星的光譜和亮度變化,作更加精密的觀察和測量。這些數據亦可以用來研究超新星在宇宙時間尺度的演化。由於歐美及日本的超新星觀察群都多在北半球,鹿林天文台因此可以集中注意力在南天的目標星系,發揮台灣地理位置的時空優勢。

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