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超新星爆炸30多年後科學家找到隱藏的中子星
詹姆斯·韋伯太空望遠鏡(James Webb Space Telescope)觀測到了中子星發射光最佳證據。這顆中子星位於最近觀測到的著名超新星SN 1987A的位置。左圖是2023年發佈的NIRCam(近紅外相機)圖像﹔右上圖顯示的是中紅外成像儀(MIRI)的中分辨率攝譜儀(MRS)模式捕捉到的單電離氬(氬Ⅱ)發出的光﹔右下角的圖像是近紅外攝譜儀(NIRSpec)捕捉到的多電離氬的光。兩台儀器都顯示了來自超新星殘骸中心的強烈信號。這向科學小組表明﹐那裡有一個高能輻射源﹐很可能是一顆中子星。
1987年一顆質量高達太陽20倍的恆星在附近星系爆炸﹐非常猛烈﹐以至於在地球南半球用肉眼就可看到爆炸持續數週之久。科學家最終確定了這顆超新星的後代一顆密度極大的中子星。研究人員表示﹐詹姆斯·韋伯太空望遠鏡上的兩台儀器在紅外線波長下觀測了這顆超新星發現了涉及氬原子和硫原子的明顯化學證據﹐表明一顆新生中子星被隱藏在爆炸留下的碎片後面。
根據這項發表在《科學》雜誌上的研究﹐這種爆炸可以形成兩種不同的奇異緻密天體﹕「黑洞或中子星」。科學家通過韋伯望遠鏡觀測解決了這顆超新星究竟產生了哪一種天體的謎團。瑞典斯德哥爾摩大學天體物理學研究人員表示﹕「在跟蹤超新星並尋找緻密天體三十多年後我們終於找到了中子星缺失的證據﹐這令人興奮﹐這要歸功於JWST。」。
愛爾蘭梅努斯大學實驗物理系研究人員說﹕「中子星是大質量恆星爆炸後產生的密度極大的緻密殘餘物。」「這相當於將太陽所有的質量壓縮成一座城市的大小。」研究人員說﹐「它們的密度非常大﹐一湯匙中子星的重量就相當於一座山。」。
這顆超新星名為「Supernova 1987A」﹐位於距離地球16萬光年的大麥哲倫星雲中﹐這是一個鄰近銀河系的矮星系。它於1987年2月在地球上首次被觀測到其亮度在當年5月達到高峰。這是自1604年觀測到開普勒超新星以來第一顆肉眼可見的超新星。質量至少是太陽8到10倍的恆星在超新星爆炸中結束了自己的生命。恆星核心塌陷後大部分物質被拋向太空﹐但留下了殘餘物。雖然這些爆炸是災難性﹐但卻是碳﹑氧﹑矽和鐵等化學元素的主要來源。這些元素使生命成為可能。
根據這顆註定要毀滅的恆星大小其殘餘物可能是一顆中子星﹐也可能是一個黑洞。在首次對SN 1987A進行可見光觀測大約兩小時前﹐全球三個觀測站探測到了一陣持續時間只有幾秒鐘的中微子爆發。研究人員解釋說﹕「根據SN 1987A的理論模型﹐在超新星爆發之前觀察到的10秒中微子爆發﹐意味著爆炸中形成了中子星或黑洞。」但這之前並沒有通過直接證據得到證實。
「通過這個天文台﹐我們現在找到了由新生緻密天體(很可能是中子星)引發的發射的直接證據。」研究人員說。韋伯的儀器檢測到外層電子已被剝離的氬和硫原子﹐這意味著它們被「電離」。研究人員對各種情況進行了研究發現這些原子只有在中子星的紫外線和X射線輻射下才能處於這種狀態。
研究人員現在正在努力確定這是什麼類型的中子星﹕一種被稱為脈衝星﹑具有強磁場的快速旋轉類型中子星﹐還是一種具有弱磁場的更「安靜」的中子星。韋伯望遠鏡於2022年投入使用﹐這些發現是它取得的又一項成就。
超新星爆炸後形成的塵埃是地球質量的20萬倍使得產生中子星的周圍區域變得太不透明﹐無法用光學或紫外線波長的望遠鏡進行研究。但韋伯的長項是紅外線。倫敦大學學院天文學家研究人員說﹕「在紅外線下﹐這種塵埃要透明得多。」。
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