韦布空间望远镜窥探垂死恒星

在詹姆斯·韦布空间望远镜（JWST）最新拍摄的惊人图像中，一团来自垂死恒星的气体云揭示了宇宙中奇特碳分子的“诞生地”，这就是著名的“巴基球”（buckyballs）。

这些中空、足球状的碳分子结构，早在2010年就被发现存在于太空中，但它们的起源至今仍是未解之谜。

这张图像展示了詹姆斯·韦布空间望远镜的中红外仪器（MIRI）所观测到的行星状星云 Tc 1。它结合了9个滤光片的数据，覆盖从5.6微米到25.5微米的波长范围，远超人类肉眼所能感知的范围。蓝色调代表温度较高的气体，对应较短的中红外波长；红色调则追踪温度较低的物质，对应较长的波长。图像由加拿大西方大学（Western University）的合作者、中学科学教师Katelyn Beecroft使用PixInsight处理。

图源：NASA / ESA / CSA / Western University, J. Cami)

中心是一个类似太阳大小但已耗尽燃料的恒星残骸，白矮星，它周围环绕着层层剥离的气体壳层。

Tc 1：巴基球的“故乡”，隐藏着倒置问号

Tc 1位于南天星座Ara（拉丁语意为“祭坛”），距离地球约1万光年。它早已因2010年被发现含有大量巴基球而闻名于世，那是西方大学物理与天文学教授Jan Cami团队利用NASA斯皮策太空望远镜的成果，该发现还发表在《科学》杂志上。

如今，韦布以更大的镜面和更高分辨率“接力”观测，揭示了更多惊人细节。图像中出现了一个倒置的“问号”状结构，科学家目前尚无法完全解释其成因。Cami教授在声明中感慨：“Tc 1本来就已经非同寻常，因为它让我们知道巴基球确实存在于宇宙中。但这张新图像告诉我们，我们之前只是浅尝辄止。我们现在看到的结构令人屏息，它们提出的问题和答案一样多。”

巴基球的正式名称是巴克明斯特富勒烯（buckminsterfullerene），以建筑师Buckminster Fuller命名，因为其结构类似他设计的测地线穹顶。1985年，Harry Kroto等人发表论文首次描述了这种分子，后来部分团队成员因此获得1996年诺贝尔化学奖。

为什么巴基球如此重要？它们可能是生命的“原料”

巴基球属于多环芳烃（PAHs）家族，这类有机化合物被视为生命的基本成分之一。它们在宇宙中分布广泛：不仅出现在垂死恒星周围的行星状星云中，还能在年轻恒星、星际云、恒星形成区甚至陨石中找到。但奇怪的是，它们并不普遍，“我们几乎到处都能看到它们，但频率并不高，这正是谜团所在。”Cami说。

通过韦布的高分辨率数据，科学家首次能清晰看到巴基球如何随温度、密度和辐射场变化而演化。这有助于理解有机分子在宇宙中的形成与演化过程，或许还能为地球生命的起源提供新线索。

“盒子里的盒子”：巴基球壳层之谜

最新观测显示，巴基球主要集中在白矮星周围的一个独立壳层中。西方大学博士生Morgan Giese形容这就像“巴基球排列成一个巨大的巴基球”。为什么会形成这种“壳中壳”结构？目前仍是未解之谜。

此外，图像还捕捉到细丝状气体结构，以及巴基球在红外波段的独特发射谱。科学家发现，现有的模型无法准确预测这些发射特征，这意味着我们可能遗漏了某些物理化学过程，或者实验室数据还不够精确。

研究团队成员（从左至右）依次为：西蒙·范·斯凯伦伯格（Simon Van Schuylenbergh）、埃尔斯·皮特斯（Els Peeters）、简·卡米（Jan Cami）、摩根·吉斯（Morgan Giese）、查米·巴特（Charmi Bhatt）和德里斯·范·德·普特（Dries Van De Putte）。

图源：Christopher Kindratsky / 西安大略大学传播部）

Cami团队计划进一步分析Tc 1的温度、化学成分、密度和气体运动。这是人类首次对行星状星云进行如此详细的“全景式”观测。他们还将利用韦布更多时间，观测另外两个富含巴基球的行星状星云，重点研究辐射场对环境的影响，光化学和光物理过程很可能在其中扮演关键角色。

太阳的未来：我们自己的恒星也会这样吗？

Tc 1中心的恒星与我们的太阳大小相近，但已进入生命晚期。它耗尽燃料后，层层抛出气体和尘埃，最终留下炽热的白矮星核心，其辐射使周围气体发光。这正是类似太阳的恒星在数十亿年后可能经历的命运。

行星状星云的名字听起来与行星有关，其实只是因为早期望远镜下它们看起来像行星圆盘。实际上，全宇宙中数百个类似星云里，只有少数（如不到10个）被确认含有巴基球。为什么偏偏是它们？科学家仍在寻找答案。

从斯皮策到韦布：15年的延续

2010年的发现开启了太空巴基球研究的序幕，斯皮策望远镜功不可没。但其任务已在2020年结束。韦布作为更强大的继任者，不仅分辨率更高，还能观测更精细的结构。Katelyn Beecroft这位业余天文爱好者在接到Cami邀请后，仅用几小时就处理出这张震撼图像，让人惊叹。

更多科学论文即将发布，将详细解读光谱数据、红外发射机制以及巴基球的形成环境。Cami表示：“我们发现影响巴基球发射的物理过程比之前想象的更多。”

宇宙的奥秘远未穷尽。韦布的这张图像不仅展现了巴基球的诞生地，更让我们看到一颗类似太阳的恒星在死亡过程中，如何塑造出如此复杂而美丽的结构。那些闪烁的蓝色、白色与红色光环，仿佛在提醒我们：宇宙中处处藏着生命的线索，而人类的探索才刚刚开始。

参考

[1]https://www.space.com/astronomy/stars/james-webb-space-telescope-peers-into-a-dying-star-surrounded-by-mysterious-buckyballs-the-structures-were-seeing-now-are-breathtaking

[2]https://news.westernu.ca/2026/04/jwst-buckyballs/