最近天文觀測發現幾個非比尋常的超新星，這些極亮超新星的亮度是一般超新星的一百倍，相當於一百億倍的太陽亮度，甚至超越整個銀河中所有星星相加的亮度。極亮超新星需要全新的物理機制來解釋，新的觀測與理論證據顯示，它的形成可能跟超新星內部的超強磁場中子星(磁星)有極大的關係。為了瞭解磁星如何造成極亮超新星的物理過程，我們建立了全世界第一個三維度包含磁星物理的超新星模型。這個模型涵蓋的空間尺度大約是一個太陽系，但是整個磁星半徑只有10公里，因而造成數值計算上的極大挑戰。因此我們發展全新的演算法並使用位於美國柏克萊國家實驗室的強大超級電腦，耗費數百萬電腦小時的計算資源來完成此模型。我們領先全球首次展示出極亮超新星的形成過程，並揭示其內部複雜的流體傳輸現象及其對之後超新星的亮度與光譜的重大影響，此模型能解釋相關觀測資料。出乎眾人意料，我們發現磁星除了增強超新星的亮度之外，其輻射能量也可以加速內部的重金屬元素擴散，這項發現解決了困惑天文學家多年的超新星譜線分布難題。 

包裹在超新星內部，快速旋轉的「磁星」，是宇宙中磁場最強的天體。藉由磁場所釋放的能量，與一般超新星爆炸能量不相上下，這種磁能量的釋放，不僅影響超新星亮度，更影響它整體的運動。 

　　超新星是宇宙中最壯麗的恆星爆炸，也是現代天文物理前沿的主題，在理論與觀測上的探索，都富饒科學價值。新一代的大型超新星巡天觀測，正揭露著許多前所未見的天體爆炸，其數量前所未有，也顛覆了我們之前所建立的超新星物理知識。尤其是最近發現的「極亮超新星（superluminous supernovae）」，其亮度是一般超新星一百倍，極亮超新星挑戰了我們對於超新星的起源恆星、爆炸機制及周遭星際介質環境的理解。先前的研究顯示，包裹於年輕超新星內的快速旋轉的磁星（magnetar），其所發出的輻射可使超新星大幅增亮。同樣在這些研究中，也顯示了之前一維模型的嚴重缺陷，超新星爆炸時會產生大量紊流，紊流對於爆炸與其亮度扮演著關鍵性的角色，而一維模型本身無法模擬流體的不穩定性與紊流形成。流體不穩定性發生在日常生活中，比如把墨水放在純水上面，因墨水的密度比較大，很自然地會往下沉，造成兩個不同性質的流體混合，咖啡與奶精也是相同理論。模擬這類的物理機制至少需要二維或三維的空間，因為一維尺度就像單行道，一但塞車，後面的車就無法前進，至少需要兩個車道，後面行進較快的車輛才有超車的機會。墨水就像是高速車輛，需要超車才能混合，加上快速旋轉的磁星藉由磁場所釋放的能量，相當於一般超新星的爆炸能量，因此磁能量的釋放不僅影響超新星的亮度，更影響其動力學。

　　基於此，我們在近期的天文物理期刊上發表了史上首次磁星驅動超新星的三維流體力學模擬。這個模擬空間尺度大約是100個天文單位(AU)，但是磁星本身的半徑只有10公里，整整差了10^10倍，要能解析這樣模擬在技術上是非常困難的，因此我們發展了新的數值方法來突破這個問題。另一方面，由於這些模擬所需要的計算資源亦是非常龐大—需要數百萬電腦小時，只有最強大的超級電腦才有辦法執行這樣大型的數值計算，因此我們最後利用中研院天文所的高效能電腦來進行資料分析與繪圖。我們發現，這類超新星的噴出物，會在兩種尺度下形成流體力學不穩定性，而不像普通的核心塌縮超新星（core-collapse supernovae）只有一種不穩定性。這兩種流體不穩定性分別位於：磁星的能量所致的熱氣泡裡，以及超新星推開周遭氣體時的爆炸震波。兩種流體不穩定性，都在爆炸中造成比一般超新星更多的流體混合，顯著影響爆炸事件的光變曲線和光譜，這是之前一維模型無法得到的結果。我們也發現，磁星可以將內部的重元素—如鈣和矽，加速到每秒12000公里，於是能夠解釋觀測到變寬的譜線。此模擬更顯示，即便是較弱的磁星，放出的能量也可將噴出物中的鐵系元素，加速到每秒5000-7000公里。而源於中央的脈衝星（pulsar）的這個加速機制，可以完美解決一個存在多年的天文物理難題：諸如超新星1987A的核心塌縮超新星，為何能在早期觀測到高速的鐵元素之例。

史上首度對磁星所驅動的熱氣泡以三維模擬呈現—由中研院天文所陳科榮團隊發表。
 

磁星在爆炸早期所驅動的流體有明顯類似噴流的行為，這跟磁星磁場分佈有極大關係—由中研院天文所陳科榮團隊發表。

註解

磁星（magnetar）：中子星的一種，自轉的週期約一毫秒，磁場可高達到地球磁場的一百兆倍，是宇宙中磁場最強的物體。

核心塌縮超新星（core-collapse supernovae）：在大質量恆星演化的末期，其中心會形成鐵核，一旦鐵核質量大於其臨界質量將會塌縮並產生巨大能量造成超新星爆炸。 

脈衝星（pulsar）：是中子星的一種，可視為弱磁場的磁星：因為會發射週期性脈衝訊號而得名。