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詹姆斯·韦伯望远镜发现中子星隐藏在1987年著名超新星的残骸中

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这些辐射来自于超新星 1987A 中心的氩和硫元素,它们被电离了,也就是说,它们失去了原子中的电子。巴洛说,这种电离只能由中子星发出的辐射引起。

利用最新的太空望远镜,天文学家们终于找到了超新星爆炸后的中子星,揭开了一个长达十年的宇宙之谜。



在银河系的一个小伙伴——大麦哲伦星云中,有一颗曾经比太阳还要大上好几倍的恒星。它在 1987 年发生了壮观的爆炸,成为近代历史上最亮的超新星。这颗超新星被命名为 SN 1987A,它向宇宙散播了各种重要的元素,也留下了一个神秘的核心。

这个核心到底是什么呢?是一颗密度极高的中子星,还是一个无底洞的黑洞?这个问题困扰了天文学家们 37 年,直到他们使用了詹姆斯·韦伯太空望远镜 (JWST) 这个强大的红外探测器,才终于找到了答案。

“我们一直在超新星 1987A 的气体和尘埃中寻找中子星的证据,”迈克·巴洛 (Mike Barlow) 说道,他是这次发现背后的团队成员之一,也是物理学和天文学的荣誉教授。“终于,我们找到了我们一直在寻找的证据。”

中子星是一种奇特的天体,它是由质量巨大的恒星在耗尽燃料后坍塌而成的。这种坍塌会引发一场超新星爆炸,将恒星的外层炸成碎片,只留下一个小小的核心。这个核心的质量大约是太阳的一到两倍,但却只有一个城市那么大。它由中子组成,是宇宙中已知密度最高的物质。

中子星的存在是由量子力学的一个奇妙现象保证的,叫做“中子简并压力”。这种压力来自于中子的波函数,它限制了中子的位置不确定性,使得中子不能无限地靠近。这就阻止了中子星进一步坍塌成黑洞。

但是,如果恒星的核心太重,或者中子星在形成后吸收了更多的物质,那么中子简并压力就可能不够强,无法抵挡引力的压迫,导致中子星变成黑洞。

科学家们一直相当确信超新星 1987A 中的核心是一颗中子星,但他们无法排除它已经变成黑洞的可能性。

“另一种可能性是,坠落的物质可能累积到中子星上,导致它坍塌成黑洞。因此,黑洞也是一种可能的替代方案。然而,坠落物质产生的光谱类型无法解释我们看到的辐射。”巴洛说。



这些辐射使团队能够估算出隐藏的中子星的亮度或光度。他们发现它只有太阳亮度的十分之一左右。

团队可能已经确定超新星 1987A 诞生了一颗中子星,但这个中子星的所有谜团尚未完全解开。

这是因为中子星产生的辐射有两种可能的机制。一种是,中子星快速旋转,产生了强大的磁场,将周围的带电粒子加速到接近光速,形成了一股粒子风。这股粒子风与超新星的残骸相互作用,产生了电离辐射。另一种是,中子星的表面温度非常高,达到了百万度,发出了紫外线和 X 射线,这些射线也能电离周围的原子。

如果是前一种情况,那么超新星 1987A 中心的中子星实际上是一个脉冲星,它是一种特殊的中子星,能够周期性地发出电磁波。脉冲星周围还有一个由粒子风形成的星云,叫做脉冲星风星云。然而,如果后一种情况才是正确的,那么这次近距离的超新星爆发就诞生了一颗“裸露”的中子星,它的表面直接暴露在太空之中,没有任何星云的保护。

巴洛建议,研究人员可以通过使用 JWST 的 NIRSpec 仪器进一步观测超新星 1987A 的核心红外线,来区分裸露的中子星和被脉冲星风星云包裹的中子星。“我们现在正在进行一项数据收集计划,将以 3 到 4 倍的近红外分辨率获取数据,”他总结道,“因此,通过获取这些新数据,我们或许能够区分解释由中子星驱动的辐射的两种模型。”

超新星 1987A 是一个非常特殊的天文现象,它不仅向我们展示了恒星的死亡和重生,也向我们展示了宇宙中最奇妙的物质和力量。它还是一个极好的天文实验室,让我们能够测试和探索物理学的极限。通过使用 JWST 这样的先进设备,我们可以更深入地了解超新星 1987A 的秘密,也可以更好地理解我们所生活的宇宙。

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