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詹姆斯·韋伯太空望遠鏡發現隱藏在超新星殘骸中的中子星

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詹姆斯·韋伯太空望遠鏡發現隱藏在超新星殘骸中的中子星


美國國家航空航天局/歐空局/加空局詹姆斯·韋伯太空望遠鏡觀測到了迄今為止最好的證據，證明在一顆最近觀測到的著名超新星的位置上有中子星發射 。這顆超新星被稱為SN 1987A ， 發生在距離地球16萬光年的大麥哲倫星云中 。（圖片來源:美國國家航空航天局、歐空局、加空局和C. Fransson（斯德哥爾摩大學）、M. Matsuura（卡迪夫大學）、M. J. Barlow（倫敦大學學院）、P. J .卡瓦納格（梅努斯大學）、J. Larsson（皇家理工學院））
據美國太空網（羅伯特·李）：天文學家利用詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（JWST）在一次恒星爆炸的殘骸中發現了一顆中子星，從而結束了長達近十年的天體捉迷藏游戲 。
超新星1987A代表了一顆爆炸恒星的殘骸 ， 這顆恒星的質量曾經是太陽的8到10倍 。它位于銀河系的一個矮星系鄰居大麥哲倫星云中 ， 距離我們大約17萬光年 。37年前的1987年，天文學家首次發現了超新星1987A ， 因此得名于它的數字特征 。超新星1987A爆炸時，它首先向地球噴射了一種名為中微子的幽靈粒子，然后在強光下變得可見 。這使它成為近400年來地球上夜空中最近、最亮的超新星 。
像這樣的超新星爆發是導致宇宙中出現碳、氧、硅和鐵等元素的原因 。這些元素最終成為下一代恒星和行星的基石，甚至可以形成分子，有朝一日可能成為我們所知的生命不可或缺的一部分 。這些爆炸也產生了中子星或黑洞形式的致密恒星殘余；37年來，天文學家一直不知道哪一個可能潛藏在超新星1987A的中心 。
“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中子星的證據，”物理學和天文學名譽教授、此次發現背后的團隊成員邁克·巴洛告訴Space.com ?！白罱K，我們找到了一直在尋找的證據 ?！?br>中子星是如何隱藏40年的？
當大質量恒星耗盡其核心發生核聚變所需的燃料供應時 ， 中子星就會誕生 。這切斷了這些恒星內核向外流動的能量，從而防止它們在自身重力作用下坍塌 。
當恒星核心坍塌時 ， 巨大的超新星爆炸撕裂恒星外層，將它們炸飛 。這留下了一顆與地球上普通城市一樣寬的“死亡”恒星 ， 但質量約為太陽的一到兩倍；這顆恒星最終由中子粒子流體組成，這是宇宙中已知密度最大的物質 。
然而，中子星內部中子之間發生的量子效應支撐著中子星免于完全坍縮 。這些效應防止中子聚集在一起 。如果恒星內核有足夠的質量，或者中子星在產生后積累了更多的質量，這種所謂的“中子簡并壓力”就可以克服 。這將導致黑洞的誕生（如果沒有達到最小質量，這不會發生 。)
科學家們已經相當確定超新星1987A中的物體是一顆中子星 ， 但他們不能排除這種新死亡的恒星的可能性，至少在大約17萬年前，我們看到的這顆恒星還沒有聚集足夠的質量將其自身轉化為黑洞 。
“另一種可能性是墜入的物質可能被吸積到中子星上，并導致它坍縮成黑洞 。因此，黑洞是一種可能的替代方案，”巴洛說 ?！叭欢?，填充材料產生的光譜并不是解釋我們所看到的發射的正確光譜類型 ?！?br>
詹姆斯·韋伯太空望遠鏡發現隱藏在超新星殘骸中的中子星


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 。（圖片來源:哈勃太空望遠鏡WFPC 3號/詹姆斯·韋伯太空望遠鏡尼爾斯佩克/J .拉爾森）
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這顆新發現的中子星已經被探測了37年，因為作為一顆新生恒星，它仍然被超新星爆發時發射的厚厚的氣體和塵埃所包圍，超新星爆發標志著其前身恒星的垂死掙扎 。
巴洛說:“超新星在爆炸后的幾年里凝聚了大約半個太陽質量的塵埃，這一事實阻礙了探測工作 ?！薄斑@些塵埃充當了超新星1987A中心發出的遮蔽屏幕的電波 ?！?br>灰塵阻擋紅外光的效果遠不如阻擋可見光的效果好 。因此，為了透過死亡之衣看到超新星1987A的內部，巴洛和他的同事們求助于JWST高度靈敏的紅外眼，特別是望遠鏡的中紅外儀器和近紅外光譜儀 。
這顆隱藏中子星的確鑿證據與來自超新星1987A中心的元素氬和硫的排放有關 。這些元素被電離了，這意味著它們的原子中的電子被剝離了 。巴洛說 ， 這種電離只能由中子星發出的輻射產生 。
這些輻射使研究小組能夠限制這顆曾經隱藏的中子星的亮度或光度 。他們確定它的亮度大約是太陽的十分之一 。
該團隊可能已經確定中子星是由超新星1987A誕生的，但這顆中子星的所有謎團尚未解開 。
這是因為作為其確鑿證據的氬和硫的電離可能是由中子星以兩種方式之一引起的 。被快速旋轉的中子星拖動并加速到接近光速的帶電粒子風可能與周圍的超新星物質相互作用，導致電離 ?；蛘?nbsp;， 熱中子星百萬度表面發出的紫外線和X射線光可能會從恒星殘骸中心的原子中剝離電子 。
如果前一種情況是正確的，那么超新星1987A中心的中子星實際上是一顆被脈沖星風星云包圍的脈沖星 。脈沖星幾乎是旋轉的中子星 。然而，如果后一種情況是這些排放的正確方法，那么這顆近距離超新星將產生一顆“裸露”的中子星，其表面將直接暴露在太空中 。
巴洛建議，研究人員可以通過JWST的NIRSpec儀器對超新星1987A的心臟進行進一步的紅外觀測，來區分裸露的中子星和覆蓋著脈沖星風星云的中子星 。
“我們有一個正在收集數據的程序，該程序將獲得3到4倍于近紅外分辨率的數據 ， ”他總結道 ?！耙虼?，通過獲得這些新數據，我們可能能夠區分為解釋中子星驅動的發射而提出的兩種模型 ?！?br>該團隊的研究于周四（2月22日）發表在《科學》雜志上 。