從誕生到爆發 —
探索大質量恆星演化與超新星爆炸間的關係
中央研究院天文及天文物理研究所研究成果發表，日期：2024年7月29日
中央研究院天文及天文物理研究所的學生游凱安和助研究員陳科榮領導的研究團隊，在大質量恆星演化及其超新星爆炸的研究取得重大新發現。研究團隊成功建立完整的超新星多波段光變曲線資料庫，幫助了解恆星參數對超新星觀測量的影響，並首次系統性探討IIP型超新星的觀測數據與其前身星的演化，成果發表於最新一期的《天文物理期刊》。
超新星爆炸是大質量恆星最壯烈的結局，恆星以自爆的方式結束其一生，瞬間釋放出相當於上億顆太陽的光度，照亮整個宇宙。爆炸同時噴發出在恆星內部形成的重元素，為新恆星與行星的誕生奠定基礎，也是生命起源的關鍵之一。因此，超新星成為現代天文物理的尖端研究主題之一。
最新的大型超新星巡天觀測計畫正以驚人的速度累積觀測資料。然而，許多文獻僅專注於單一超新星的特性，對其前身恆星的由來和物理性質缺乏詳細的模型探討，導致我們對超新星觀測資料的理解常有見樹不見林之感。
中研院天文所的游凱安同學與陳科榮助研究員主導的研究團隊，在大質量恆星演化及其超新星爆炸的觀測計算取得重大發現。團隊建立了超過1152組先進的恆星演化與超新星爆炸模型，成功打造完整的超新星多波段光變曲線資料庫，並與觀測資料做詳盡比較，更加了解恆星參數對超新星觀測的影響，並首次系統性探討IIP型超新星的觀測數據與前身星演化。研究發現，大質量恆星的金屬豐度和自旋對恆星風的影響極大，並主宰了爆炸前身星的質量。另一方面，爆炸能量和產生的輻射性同位素，進一步決定了超新星的光度和發光時間。
論文第一作者游凱安目前是清大電機系二年級生，從高二開始就進行此專題研究，經過四年多的努力和鑽研，將一個高中科展專題發展為先進的研究課題，並將其研究成果發表在國際期刊上，實屬難能可貴。共同作者之一的中央大學天文所潘彥丞教授表示：「這項研究為目前已知的IIP型超新星觀測奠定了堅實的理論基礎。」中研院天文所陳科榮博士也認為：「這項研究幫助我們系統性地了解超新星的觀測資料與背後的物理機制。」
IIP型超新星爆炸示意圖，其中爆炸波正準備突破恆星表面。圖中的細微條紋結構顯示出「流體不穩定」，是不同元素在流體不穩定狀態下交互混合造成。圖片來源：中研院天文所/陳科榮
超新星爆炸的早期過程中，強大的爆炸波衝破恆星外層大氣，爆炸後的氣體充斥著紊流結構。圖片來源：中研院天文所/陳文翊
超新星模型與多波段觀測資料的比較，其最佳符合的模型中，可以獲得有關超新星前身星的詳細物理性質與爆炸參數，增進對超新星的認知。圖片來源：中研院天文所/游凱安
更多資訊：
本篇論文發表於2024年7月出版的天文物理期刊（Astrophysical Journal），篇名：Modeling the Progenitor Stars of Observed IIP Supernovae
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中央研究院天文及天文物理研究所助研究員陳科榮
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