400年了，克卜勒超新星殘骸擴張速度還是快得不得了！

來自錢卓X射線觀測衛星（Chandra X-ray Observatory）的2000、2004、2006與2014年觀測資料分析後的最新成果，天文學家發現克卜勒超新星殘骸（Kepler's supernova remnant）的擴張速度高達每小時3700多萬公里（約相當於每秒10280公里），比地球上的音速還快25000倍以上；但讓天文學家驚訝的不是這麼高的擴張速度，而是它自400年前爆發迄今，殘骸的擴張速度居然還是這麼高。

克卜勒超新星屬於Ia型超新星（Type Ia supernova），是雙星系統中的白矮星掠奪伴星物質致使質量超過白矮星上限而引發的超新星爆炸。克卜勒超新星殘骸處在我們的銀河系中，位在蛇夫座方向，距離地球約20,000光年遠，西元1604年爆發時，包含克卜勒（Johannes Kepler）在內的許多天文學家都目睹並記錄了這場劇烈爆發事件。

這些天文學家是追蹤克卜勒超新星殘骸X射線觀測中，15個小型節點（knot）的位置變化（200-2014年）測量節點的橫向移動速度，以及2016年取得的X射線光譜譜線的都卜勒位移（來計算視線方向的徑向速度，綜合之後便可估算出節點在3維空間中的真實移動速度。其中移動速度最快的節點，向外移動的速度超過每小時3700萬公里，這是超新星殘骸在X射線領域中測過的最快速度。所有節點的平均移動速度約為每小時1600萬公里，而爆震波（blast wave）則以每小時2400多萬公里的速度向外擴張。這些結果都符合2017年時以錢卓X射線衛星上的另一套儀器，獨立測出的克卜勒超新星殘骸節點移動速度超過每小時3200多萬公里的研究結論，但速度測量比2017年的研究更為精確、方向的涵蓋更全面。

上圖中與下方影片中紅、綠、藍色各代表低、中、高能X射線，影片中顯示的是其中幾個移動的最快的節點的狀況。

克卜勒超新星殘骸的節點運動示意圖。(Credit: NASA/CXC/K.DiVona)

本次偵測到的克卜勒超新星殘骸擴張速度，與那些於其他星系中超新星剛發生爆炸後幾天或幾星期時，以可見光波段觀測到的擴張速度相差無幾；而在爆炸幾十年，逐漸形成超新星殘骸後，那時的擴張速度通常會減緩下來。這樣的比對結果，顯示克卜勒超新星殘骸即便與周圍星際物質發生撞擊，應該會有所延滯，但400年了，擴張速度卻還是幾乎沒有減緩下來。

根據錢卓的X射線光譜資料，15個節點中的8個確定是正在遠離地球，但只有2個是向著地球方向運動，剩下的5個沒有明確的視線方向上的運動。如此不對稱的空間運動狀態，顯示克卜勒超新星殘骸本身也不是對稱的，起碼在沿著我們視線方向上是不對稱的，不過還需分析研究更多節點才能確認這個結果。

而速度最快的4個節點都位在一個水平的明亮X射線輻射帶中，其中3個在影片中在近視特寫圖中有標示。這4個節點移動方向相同，且有著類近似的化學元素含量，例如矽元素等，意味著這些節點中的所有物質都來自原白矮星上的相同殼層處。

其他幾個移動速度最快的節點之一是位在殘骸的右側突起的「耳朵」處，這是克卜勒超新星殘骸的3維形狀可能是橄欖球狀的證據。這個節點和其他兩個節點也都在近視特寫圖中有標示。

天文學家目前還無法解釋這些物質為何移動速度如此之快。有些天文學家認為克卜勒超新星殘骸是威力不同尋常的Ia型超新星爆炸所形成的，所以移動速度才會超乎尋常。但也可能是因為殘骸周遭的星際介質可能是聚集成團的，致使殘骸物質剛好能從團塊之間密度極低的空間處，幾乎不受阻擋的殺出重圍，所以速度沒有減少太多。

2017年論文的研究團隊曾細化先前超新星爆炸的位置估計值，以便能藉機尋找爆炸後，可能還存活著的那顆被剝奪物質的伴星，由此瞭解觸發爆炸的契機。不過他們在超新星殘骸中心一帶沒找到明亮恆星，顯示或許並不存在這顆性質與太陽相近的伴星，這場Ia型超新星爆炸不走常規路線，極可能是兩顆白矮星合併所引發的。

資料來源：Chandra X-ray Center, 2020.08.19