依靠動態的3D模型，科學家重建了遙遠超新星的爆發過程，揭示了超新星爆發的細節，為我們打開了宇宙的又一扇窗口。
科學家眼中的超新星
每一秒鐘，總有一顆恆星在宇宙的某個角落以暴力方式結束自己的生命。這個巨型火球進入暮年之後，並不願意悄無聲息地死去，在耗盡核燃料的時候，它會急劇地塌縮，產生毀滅性的爆炸，在極短的時間（最多兩個月）釋放出可以媲美其一生輻射總和的能量。此時的恆星在天空中好像是新出現的亮星，科學家稱它為超新星。
毫無疑問，超新星爆發是非常宏偉的宇宙演出，在科學家眼中，它也是我們理解星系物質成分與恆星演化過程的關鍵。超新星通過爆炸，會將恆星的大部分物質以高達十分之一光速的速度向外拋散，並向周圍的星際物質輻射激波。這種激波會導致星際空間中形成一個膨脹的由氣體和塵埃組成的殼狀結構，也就是超新星遺蹟。科學家認為，超新星遺蹟中充滿了重元素（除去氫和氦之外的所有化學元素），正是這些重元素豐富了星際空間的物質，使類地行星乃至生命的產生成為了可能。超新星爆發後，其耀眼的光芒像宇宙的燈塔，科學家利用超新星來測量遙遠星系的距離，由此發現了宇宙加速膨脹。
超新星非常重要，科學家們對於恆星內核如何塌縮、巨型爆炸如何發生的過程尤其感興趣。為了弄清楚這些問題，科學家們每年都會發現並研究數百顆正在爆發的超新星，但即便使用架設在太空中的高精度哈勃望遠鏡，那些遙遠星系中的超新星看上去仍然是一個模糊的光斑，不高的分辨率使科學家難以作出精確的計算。因此，科學家們不再從那些遙遠的“光斑”處尋找答案，轉而將目光就近投向了銀河系中超新星的遺蹟。遺蹟中的碎片含有大量的氧、硫、硅、鐵等重元素，記載了豐富的信息。科學家們根據超新星遺蹟的觀測結果建立模型，期望重現超新星的爆炸過程。
最受人矚目的超新星遺蹟——仙后座A
仙后座Ａ，也許是銀河系中超新星遺蹟的最佳樣本。它是銀河系中已知的最年輕的超新星遺蹟，也是地球北半球天空中最強的射電源（射電就是射頻電波，又叫無線電波，是電磁波譜的一個頻段）。1947年，美國天文學家格羅特·雷伯第一次觀察到仙后座A，那裡強烈的射電輻射引起了科學家們的注意。1951年，兩位美國天文學家在加州帕洛瑪天文臺拍攝到了仙后座A的照片。
得益於這些天文觀察，科學家們已經掌握了關於仙后座A的一大堆知識：它距離我們約有11000光年，其前身星是一顆雙星系統中的紅巨星。早在1680年，英國皇家天文學家約翰·弗拉姆斯蒂德就觀察到了它的爆發。這顆紅巨星在爆發時，失去了絕大部分的氫，只留下了較重的核心。今天，仙后座A看上去是一個直徑15光年的富含氧、硫、氬而缺乏氫、氦、氮的明亮殼體。這是因為前身星中較輕的成分會停留在外層空間，環繞在殼體之外。
300多年前，仙后座A的爆發，迅速釋放了巨大的能量，激波清掃著周圍的星際雲。星際雲被激發後，也會產生一個通向恆星內部的反射波，這一反射波碰上了高速膨脹的殘骸雲，將殘骸的溫度加熱到了數百萬度，引發了涵蓋從無線電波到X射線各種波段的宇宙射線——正是這種激波加熱使我們的望遠鏡看到了今天仙后座A的面貌。
仙后座A爆發之後，沒有受到其他天體的干擾，始終處於膨脹的狀態，還有著豐富的化學元素，這正是研究超新星的最佳模板。因此科學家們對仙后座A寄予厚望，期望通過研究殘骸成分和運動情況來調查超新星的爆發過程。這個思路就好像科學家測試炸彈的威力那樣，從碎片的運動情況，推斷炸彈的能量是如何釋放的。
重建三維模型
如今，隨著計算機三維技術的突飛猛進，科學家們開始重現仙后座A爆炸死亡的三維圖像。他們對比了1951年帕洛瑪天文臺和近期哈勃望遠鏡拍攝的仙后座Ａ照片，發現遺蹟的膨脹速度在過去的半個多世紀中並沒有放慢。爆炸產生的噴出物一直在高速運動，以至於在僅僅隔開了一年時間的照片中，就可以看到殘骸中碎片格局的變化。
類似於利用哈勃定律將星系的退行速度轉化成星系與地球距離的方法，同樣，科學家通過測量殘骸碎片的速度來推測它們（相對於超新星殘骸中心）的位置，而速度則通過仙后座A殘骸光譜中的多普勒頻移確定——當殘骸碎片靠近或者遠離我們的時候，譜線波長會相應的藍移或者紅移，移動的效果與速度有關。
科學家將地球與仙后座A連線的方向設定為Z座標軸，殘骸碎片在天空中的位置確定X軸和Y軸，在綜合了14000次的殘骸觀測結果之後，做出了仙后座A的3D模型。這個模型包含了殘骸中所有發光的噴出物，並且有著極高的空間分辨率和精確的多普勒頻移效果。
奇特的環形遺蹟
從仙后座A的二維照片到覆蓋全貌的三維模型，這是一個巨大的進步。通過360°的旋轉，我們可以看到仙后座A的主體結構是如何沿著一個球面包裹起來的——超新星的噴出物並沒有覆蓋整個球體表面，而是形成了一個大規模的接近圓環的網絡，這些圓環的直徑大約在1到6光年之間。噴出物在速度上的分佈也是不對稱的，背離我們運動的噴出物比朝向我們的那些速度更快。
科學家認為，超新星爆炸本身的特點可能造成了仙后座A不均勻的形狀，一個不均勻的扁平爆炸（不是各個方向均勻的球面爆炸）可以使噴出物在某一方向上獲得更大的速度。另外，一個不均勻的外部環境也可能影響了遺蹟的形狀，一些證據表明，在靠近我們地球的一側，那裡的物質更密集，這會抑制此處殘骸的膨脹速度。
此外，科學家發現，在仙后座A爆炸伊始，富含放射性元素鎳56的噴出物煙雲在上升時穿過了由輕元素佔據的外層，鎳衰變成鈷，然後衰變成鐵，釋放出的能量使這些羽狀煙雲膨脹，同時壓縮了近鄰的非放射性物質，比如氧、硫和氬，使星際空間如同奶酪發酵一般產生了氣泡。
科學家對於其他相對年輕的核塌縮超新星做了研究，也發現了類似的巨型環狀噴出物，這意味著仙后座Ａ中有序的碎片結構並不特別，也許背後有著更加普適的動力學原因。然而不管環狀結構起源於什麼，它對科學家研究超新星來說都將是一個重要的指南。
飛奔的噴流
自從1951年天文學家拍攝到了仙后座A的照片後，他們就發現這顆超新星存在著方向性極強的噴流——在靠外的邊緣地帶，噴出物的速度約有每秒15000千米，隨後，科學家又在仙后座A的另一面發現了方向完全相反的噴流。
在二維的天空平面中，這些噴流看上去幾乎沿著完全相反的方向，但實際上這是不準確的。科學家用三維模型研究了這些高速運動的噴出物，發現它們以一個40°散開的圓錐形區域鋪開。在三維模擬中，噴出物的速度與它們的化學成分聯繫到了一起。移動最快的那些殘片，位於噴流最外邊的尖端，含有最多的硫和硅，這表明它們起源於前身星的內部，是某種特殊的爆炸過程將恆星中心的材料沿著特定的方向噴出。噴流存在的這兩個區域是僅有的混合著氫、氦（來自前身星表面）和氧、硫、氬（來自於恆星深層）的區域，這一不尋常的元素混合意味著仙后座A有著一個高度的騷亂和爆炸性的起源。
仙后座A的環狀網絡和高速的噴流令人印象深刻，這些特徵無法在遙遠的系外超新星中看到。因此，仙后座A遺蹟的3D模擬給予了科學家們研究超新星爆發過程的一些有價值的線索。未來，一些新的近距離的超新星遺蹟還會出現，科學家期望獲得更多的更深刻的見解，但是這項任務挑戰著計算機能力的極限。超新星的模擬任務必須由世界上最強大的超級計算機運行，模型的構建需要理解複雜的流體力學、核物理、恆星演化和光學傳輸的知識，科學家們任重而道遠。
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