超新星爆發時,星的外層向周圍空間迅猛地拋出大量物質,這些物質在膨脹過程中和星際物質互相作用,形成絲狀氣體雲和氣殼,遺留在空間,成為非熱射電源,這就是超新星遺跡。星的殘骸可演化為中子星或白矮星。1976年D.H.克拉克等所列的射電源表中有120個超新星遺跡,絕大部分是銀河系內的射電源。

  光學特徵 大多數超新星遺跡具有絲狀的亮雲或殼層。根據自行和視向速度得知,絲狀物都沿徑向向外膨膨脹,不同的絲狀物有不同的膨脹速度,例如仙後座A內就有快速運動(6,000公裡/秒)和慢速運動(30公裡/秒)的絲狀物。觀測絲狀物的光譜可得到其密度、溫度和化學組成等資料。

  射電特征 各種射電波段上的亮溫度分佈觀測表明,超新星遺跡都具有殼層結構,即源的外層輻射強,向內迅速減弱。普遍認為其輻射性質是相對論性電子的同步加速輻射。1960年,什克洛夫斯基首先根據這種非熱輻射機制指出,超新星遺跡的表面亮度Σ和直徑d間存在著Σdβ的演化關系(β是負值常數,有人取為-4.0),並準確地預言瞭仙後座 A射電源流量密度隨時間遞減的規律。超新星遺跡的輻射是偏振的,但偏振度不大,對應的磁場強度一般在10-410-5高斯的量級上。表征射電流量密度Sv隨頻率變化Svv的射電頻譜指數α一般在0.12~0.8之間,平均為0.5。

  動力學演化 一般都采用沃爾哲的流體動力學模型,它分為四個階段:①自由膨脹相:這是初始階段,超新星拋出殼層的質量M遠大於它膨脹時沖擊波所掃過的星際物質的質量m,拋出殼層勻速向外膨脹,星際物質被壓縮,溫度升高。②絕熱相;當Mm時,沖擊波絕熱地向外擴張,輻射損失可以忽略,系統的能量守恒。沖擊波及其後面氣體的運動規律,可用流體力學中著名的謝多夫相似解來描述。③輻射相;輻射損失的能量大於超新星爆發初始能量的一半時,即進入輻射相。此時,輻射損失已變為主要的,氣體迅速冷卻,但仍假定氣體的徑向動量守恒。④消失相:這是超新星遺跡的消失階段,氣體膨脹速度已經很小,當速度降到和星際氣體的不規則速度同量級(10公裡/秒)時,就消失於星際物質之中。目前所發現的超新星遺跡絕大部分是處於絕熱相階段,而處於後兩個階段的遺跡還未發現。

  分佈特點 統計表明,從銀心到26,000光年以內,線直徑小於98光年的超新星遺跡面密度近似一常數(每千萬平方光年約0.5個)。離銀心26,000光年以外,其面密度迅速下降;到33,000光年時,下降到上述常數值的一半。離銀心52,000光年以外就沒有超新星遺跡瞭。另外,這種遺跡有明顯地集中於銀道面的傾向,離銀心愈近,這種傾向愈顯著。還發現在銀道面中性氫比較集中的旋臂上容易出現超新星遺跡。遺跡的分佈和銀河系星族 I恒星的分佈類似。這使許多研究者認為,超新星爆發前的星體多數是屬於星族I的恒星。

  著名的超新星遺跡 迄今研究得最詳細的超新星遺跡是蟹狀星雲。根據中國古代天文記載,確認它是1054年爆發的超新星的遺跡(見彩圖)。仙後座 A是天空中除太陽以外最強的射電源。光學觀測表明,它是一個有缺口的不完全殼層(上面有大量的絲狀物和雲斑)。缺口處有一向外延伸約4′的亮斑,殼層的膨脹速度每秒約7,400公裡。在銀河系裡它是迄今發現的最年輕的超新星遺跡,一般估計是十七世紀末的一次超新星爆發後遺留下來的。奇怪的是,沒有關於這次事件的歷史記載。天鵝座環是一個有名的年老的超新星遺跡。它的光學外形是一個破碎的殼層,膨脹速度已徑很小,每秒約115公裡。位於豺狼座的射電源MSH14-415(又名PKS1459-41)是歷史記載中最亮的超新星。它爆發於1006年,在中國、日本、阿拉伯和歐洲的史籍都有關於這一事件的觀測記載,但到1976年才得到光學證認。它是一條長10′、寬1″~9″的非常暗弱的絲狀雲,位於射電亮度分佈圖的東北方向外邊緣處。另外兩個已知年齡的超新星遺跡是第谷超新星遺跡(即射電源3C10)和開普勒超新星遺跡(即射電源3C358)。它們分別是1572年和1604年爆發的超新星。在超新星遺跡中,除蟹狀星雲中發現有光學脈沖星外,第二個光學脈沖星是在船帆座X、Y、Z中發現的。除瞭開普勒超新星遺跡外,其餘的超新星遺跡都是X射線源。上述超新星遺跡的射電參數見表。

幾個著名超新星遺跡的射電參數

蟹狀星雲(M1) 美國海耳天文臺

馬頭星雲(NGC2024) 美國海耳天文臺

環狀星雲(M57) 美國海耳天文臺

船底座η星 美國托洛洛山天文臺

  

參考書目

 E.H.David,Supernova Remnants,Galactic and Extragalactic Radio Astronomy,G.L.Verschuur and K.I.Kellermann eds,Springer-Verlag,Berlin,1974.