1987年，一顆恒星爆炸產生了4個世紀以來第一顆肉眼可見的超新星，并成為太空中研究最深入的天體之一。現在，研究人員經過35年的搜尋，終于發(fā)現了恒星殘骸。近日，《科學》報道稱，天文學家使用美國國家航空航天局（NASA）新的巨型太空望遠鏡JWST，在爆炸中心發(fā)現了發(fā)光的氣體，這些氣體只能由內部高溫致密物質提供能量。他們認為這是一顆中子星，也就是這顆破碎恒星的所有殘骸。
NASA的JWST太空望遠鏡在SN 1987A不斷膨脹的碎片外殼中心發(fā)現了發(fā)熒光的氬和硫氣體，表明SN 1987A內部有一顆熱中子星。圖片來源：NASA
“這是確鑿的證據。”意大利天文學家Emanuele Greco說，“這是一個突破，我們將獲得關于這樣一個極端和年輕的天體的信息。”
銀河系中的最后一顆超新星發(fā)生在1604年，由約翰內斯·開普勒記錄下來。之后，在1987年2月23日，一顆藍色超巨星發(fā)生了爆炸，其質量是太陽的20倍，距離地球約16.8萬光年，位于附近的衛(wèi)星星系大麥哲倫星云中。全世界的望遠鏡都轉動著觀看這場“煙花”。天文學家現在對核心坍縮超新星的大部分了解都來自這一被稱為SN 1987A的事件。英國卡迪夫大學的Mikako Matsuura說：“它的貢獻很大。”
理論學家預測，SN 1987A留下了一顆中子星，部分依據是在可見光顯示前幾小時檢測到的10秒長的中微子爆發(fā)；坍縮成黑洞會產生更短的粒子爆發(fā)。但這顆中子星在哪兒呢？觀察者試圖穿透噴出的物質云層去尋找，但沒有取得多大收獲。
過去5年里，一些線索浮出水面。2019年，Matsuura及同事發(fā)表了用智利的一個無線電天文臺Atacama大型毫米/亞毫米陣列拍攝的SN 1987A的圖像。他們發(fā)現，在超新星噴出物的中心有一團溫暖的物質。但研究人員無法確定它是由爆炸中放射性元素的衰變還是由悶燒中子星發(fā)出的高能光引起的。
2021年，Greco和同事報告說，他們發(fā)現NASA的兩臺x射線望遠鏡存檔的圖像，這些圖像顯示了超新星中心附近磁捕獲粒子的x射線。但他們無法判斷這些粒子是被中子星的磁力線捕獲，還是被更遠的沖擊波捕獲。“我們無法識別中心物體。”他說。
當瑞典斯德哥爾摩大學的Claes Fransson和同事利用JWST敏銳的視力和將光分解成光譜的能力時，這一突破出現了。他們知道，從炙熱的中子星流出的光子會趕上并電離爆炸云中的某些元素。當這些原子重新獲得電子時，它們會在精確的光學和紅外波長下發(fā)出熒光。
NASA的哈勃太空望遠鏡未能在可見光中發(fā)現這一特征。NASA的斯皮策太空望遠鏡看到了一些紅外輻射，但無法確定其來源。2022年7月16日，就在它開始觀測的幾天后，JWST指向了SN 1987A。其6.5米大反射鏡賦予了它清晰的視覺，它的光譜傳感器延伸到遠紅外線，那里隱藏著許多發(fā)射線。“JWST的視野正好適合觀測SN 1987A。”Fransson說。
研究人員在超新星遺跡的中部發(fā)現了發(fā)出熒光的氬和硫。Franson說，氬氣“非常強，你幾乎不會錯過它”。
研究小組還測量了熒光氣體的速度，并得出結論，這些物質是以較慢的速度從原始恒星核心外的一層噴射出來的——那里可能會出現氬和硫。產生這種熒光需要高能光子，研究小組得出結論，唯一可行的來源是來自熱中子星的光。
Franson說，中子星和這種輻射的確切性質尚不清楚。它可能直接從數百萬度高溫的表面發(fā)射x射線。或者坍塌的核心可能形成了一顆脈沖星，這是一顆快速旋轉的中子星，具有強烈的磁場，可以激發(fā)粒子，使它們發(fā)出足夠能量的紫外線，從而引發(fā)熒光。
隨著歲月的流逝，塵封的超新星殘骸逐漸消散，觀測者將更容易研究這顆新誕生的中子星。“它很新鮮，剛出爐，是獨一無二的。”Greco說。
相關論文信息：https://doi.org/10.1126/science.adj5796
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