韦伯望远镜发现了隐藏在超新星残骸中的中子星

天文学家在超新星1987A的残骸中发现了寻找已久的致密天体。

1987年2月，近400年来距离地球最近的一颗超新星爆炸了。它被命名为超新星1987A（SN 1987A），起因于大麦哲伦星云中一颗大质量恒星的死亡，大麦哲伦星云是一个16万光年远的矮星系。从那以后的几十年里，人们用望远镜研究了从X射线到无线电的各种波长的光。然而，尽管进行了所有的审查，一个谜团仍然存在。

理论预测，恒星爆炸应该产生了中子星或黑洞。长期以来，人们一直在寻找这种致密天体的证据，但没有成功。现在，NASA的詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）的新观测首次直接证明了什么可能是中子星，这是由其高能发射的影响揭示的。

韦伯发现年轻超新星遗迹中心存在中子星的证据

美国宇航局的詹姆斯·韦伯太空望远镜在最近观测到的一颗超新星的位置发现了中子星发射的最佳证据。这颗被称为SN 1987A的超新星是一颗核心坍缩超新星，这意味着，在其核心被压缩的残骸形成了中子星或黑洞。长期以来，人们一直在寻找这样一个致密天体存在的证据，虽然之前已经发现了中子星存在的间接证据，但这是第一次探测到可能是年轻中子星的高能辐射的影响。

超新星 —— 一些大质量恒星最后的爆炸死亡阵痛 —— 在几个小时内爆炸，爆炸的亮度在几个月内达到峰值。在接下来的几十年里，爆炸恒星的残骸将继续以快速的速度演变，为天文学家提供了一个难得的机会，可以实时研究一个关键的天文过程。

超新星SN 1987A

超新星SN 1987A发生在距离地球16万光年的大麦哲伦星云中。它于1987年2月首次在地球上被观测到，其亮度在当年5月达到顶峰。这是自1604年观测到开普勒超新星以来，第一次用肉眼看到的超新星。

在对SN 1987A进行首次可见光观测的两小时前，世界各地的三个天文台探测到一次持续仅几秒钟的中微子爆发。这两种不同类型的观测结果与同一超新星事件有关，并为核心坍缩超新星如何发生的理论提供了重要证据。这一理论包括这样一种预期，即这种类型的超新星将形成中子星或黑洞。从那以后，天文学家一直在寻找证据，以证明在膨胀的残余物质中心存在这样或那样的致密物体。

在过去的几年里，已经发现了在遗迹中心存在中子星的间接证据，并且对更古老的超新星遗迹（如蟹状星云）的观察证实，在许多超新星遗迹中都发现了中子星。然而，直到现在，还没有直接的证据表明SN 1987A（或任何其他类似的超新星爆炸）爆炸后会产生中子星。

斯德哥尔摩大学的Claes Fransson是这项研究的主要作者，他解释说：“从SN 1987A的理论模型来看，在超新星爆发之前观察到的10秒中微子爆发，意味着在爆炸中形成了中子星或黑洞。但我们还没有从任何超新星爆炸中观察到任何令人信服的新生物体的特征。有了这个天文台，我们现在已经找到了由新生致密物体引发发射的直接证据，很可能是一颗中子星。”

韦伯对SN 1987A的观测

韦伯于2022年7月开始科学观测，而这项工作背后的韦伯观测是在7月16日进行的，这使得SN 1987A残骸成为韦伯观测到的第一批物体之一。该团队使用了韦伯的MIRI（中红外仪器）的中分辨率光谱仪（MRS）模式，这是同一个团队的成员帮助开发的。MRS是一种被称为积分场单元（IFU）的仪器。

IFU能够对一个物体成像，同时获得它的光谱。IFU在每个像素处形成光谱，使观察者能够看到物体之间的光谱差异。对每个频谱的多普勒频移的分析也允许评估在每个位置的速度。

光谱分析结果显示，由于SN 1987A原始位置周围抛射物质中心的电离氩，产生了强烈的信号。随后使用韦伯的NIRSpec（近红外光谱仪）IFU在短波长的观测发现了更多的重电离化学元素，特别是5倍电离的氩（意味着氩原子失去了18个电子中的5个）。这样的离子需要高能光子才能形成，而这些光子必须来自某个地方。

“为了产生我们在喷射物中观察到的这些离子，很明显，在SN 1987A残骸的中心必须有一个高能辐射源，”Fransson说。“在这篇论文中，我们讨论了不同的可能性，发现只有几种情况是可能的，所有这些都涉及到一颗新生的中子星。”

今年计划用韦伯和地面望远镜进行更多的观测。研究小组希望正在进行的研究能够更清楚地了解SN 1987A遗迹的中心到底发生了什么。这些观测结果有望促进更详细模型的发展，最终使天文学家不仅能够更好地了解SN 1987A，还能更好地了解所有核心坍缩超新星。

这些发现发表在《科学》杂志上。

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