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“最终我們有詹姆斯韋伯望遠鏡發現隱藏在1987年著名超新星殘骸中的中子星的證據”

(2024-03-04 17:45:23)

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杂谈

“最终我們有詹姆斯韋伯望遠鏡發現隱藏在1987年著名超新星殘骸中的中子星的證據”

By Robert Lea

published 26 February 2024

Cosmology

由詹姆斯韋伯太空望遠鏡發現的一顆潜伏在一个恆星爆炸超新星1987A的殘骸中隱藏了37年的中子星。

“最终我們有詹姆斯韋伯望遠鏡發現隱藏在1987年著名超新星殘骸中的中子星的證據”

美國宇航局/歐空局/CSA詹姆斯韋伯太空望遠鏡已经在一顆著名的、最近觀測到的超新星的地點觀測到了中子星發射的最佳證據。這顆被稱為SN 1987A的超新星發生在距離地球160000光年的大麥哲倫星雲中。 (Image credit: NASA, ESA, CSA, and C. Fransson (Stockholm University), M. Matsuura (Cardiff University), M. J. Barlow (University College London), P. J. Kavanagh (Maynooth University), J. Larsson (KTH Royal Institute of Technology))

用詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（JWST），天文學家已经在一个恆星爆炸的殘骸中發現了一顆中子星，結束了一个長達近十年的天體捉迷藏遊戲。

超新星1987A代表一顆从前是太陽質量的8到10倍爆炸恆星的殘骸。它位於大麥哲倫星雲中大約170000光年外，大麥哲倫星雲是銀河系的一個矮星系鄰居。超新星1987A首先在37年前的1987年被天文學家發現，因此它的名字的數字方面。随它爆炸，超新星1987A首先用叫中微子的幽靈粒子沐浴了地球，然後以明亮的光線變得可見。這使它成為大約400年來在地球上夜空看到的最近和最亮的超新星。

诸如這樣的超新星爆炸是对在宇宙中播種碳、氧、矽和鐵等元素負責的。這些元素最終变成下一代恆星和行星的构造块，甚至能形成有朝一日可能变成我們所知生命的整体的分子。這些爆炸還以中子星或黑洞的形式诞生緻密的恆星殘骸，37年來天文學家一直不知道其中哪一种可能潛伏在超新星1987A的心藏。

物理學和天文學名譽教授邁克·巴羅（Mike Barlow）告訴太空网站， “很長一段時間以來，我們一直在超新星1987A的氣體和塵埃中尋找一颗中子星的證據，最後我們有我們一直在尋找的證據”。

一颗中子星如何隱藏 40 年？

當大質量恆星耗盡在它们的核核聚變發生所需的燃料供應時中子星被誕生。這切斷從這些恆星的核保護它們在自身引力下不坍塌向外流的能量。

随一颗恆星核坍塌，巨大的超新星爆炸撕裂过恆星的外層，炸飛它們。這留下一顆寬度與地球上的普通城市一樣寬的「死」恆星，但有一个約為太陽的一到兩倍的質量，這顆恆星最終由一个中子粒子的流組成，中子粒子是宇宙中已知密度最大的物質。

然而，中子星被它们內部中子之間發生的量子效應支持防止完全坍塌。這些效應防止中子一起拥擠。如果一颗恆星核有足夠的質量或者一颗中子星在它被创造後堆積更多的質量，這種所謂的“中子衰变性壓力”能被克服。這將造成一个黑洞的誕生（但是，如果沒有達到質量最小值它不會發生）。

科學家們已經相當確定超新星1987A中的物體是一顆中子星，但他們不能排除這顆新死亡的恆星至少我们看到它就像17萬年前是的那樣已经沒有聚集質量来將它自己變成一个黑洞的可能性。

巴羅說，“另一種可能性是向内落的物質可能已经被吸積到中子星上，並造成它坍塌成一个黑洞。因此，黑洞是一種替代的场景。然而，向内落物質產生的光譜不是来解釋我們看到的發射的正確光譜類型”。

哈勃太空望遠鏡和詹姆斯·韋伯太空望遠鏡看到的超新星1987A。 (Image credit: Hubble Space Telescope WFPC-3/James Webb Space Telescope NIRSpec/J. Larsson)

你越來越暖和

這顆新识别的中子星由于一個新生的事实已經避免了37年的探測，它仍然被超新星爆炸期間發射的厚厚的氣體和塵埃笼罩，這標誌着它的祖先恆星的死亡陣痛。

巴羅說，“在爆炸發生后的隨後幾年裡，探測已经被超新星凝結了大約半個太陽質量的塵埃的事實阻礙，這些塵埃起了从超新星1987A中心的屏蔽模糊的輻射的作用”。

尘埃在阻擋紅外光是比它阻擋可見光远更少效果的。因此，为看透這個死亡笼罩並進入超新星1987A的中心，巴羅和他的同事們轉向了詹姆斯·韋伯太空望遠鏡的高靈敏度紅外眼，特別是望遠鏡的中紅外儀器和近紅外光譜儀。

這顆隱藏的中子星的确凿證據不得不用來自超新星1987A中心的氬和硫元素的发射来做。這些元素被電離，這意味着它們已经有從它們的原子剝離掉的電子。巴羅說，這種電離可能只由於被一颗中子星發射的輻射發生。

這些發射使研究小組能夠来在从前隱藏的中子星的亮度或光度上放上一个限制。他們確定它的亮度大約是太陽亮度的十分之一。

該團隊可能已經確定一顆中子星被超新星1987A誕生，但並不是這顆中子星的所有秘密都得到了解決。

這是因為服务為他們的确凿证据的氬氣和硫的電離可能已经被中子星以兩種方式之一造成。帶電粒子的風被一个快速旋轉的中子星拖曳着並加速到接近光速，可能已经與周圍的超新星物質相互作用，造成電離。或者，由熾熱中子星的百萬度表面發射的紫外線和X射線可能已經在這顆恆星殘骸心脏上從原子剝離掉電子。.

如果前一種场景是正確的，那麼在超新星1987A心脏上的中子星實際上是一顆被脈衝星風星雲包圍的脈衝星。脈衝星幾乎是旋轉的中子星。然而，如果後一種场景对這些发射是正確的配方，這顆近距離的超新星誕生了一顆“裸露”或“裸的”的中子星，它的表面將直接暴露到太空。

巴羅提出研究人員可能能夠通過用詹姆斯·韋伯太空望遠鏡的近紅外光譜儀儀器做出超新星1987A的心臟的進一步紅外觀測來识别一颗裸的中子星和一个被脈衝星-風星雲覆蓋的中子星之间。