著名超新星爆炸之謎：天文學(xué)家終于看清了17萬(wàn)光年外神秘天體的真面目

恒星演化和歸宿與其質(zhì)量密切相關(guān)，恒星質(zhì)量一般以太陽(yáng)質(zhì)量作為標(biāo)尺，太陽(yáng)質(zhì)量約為2*10^30kg?，F(xiàn)代宇宙標(biāo)準(zhǔn)模型認(rèn)為，中大恒星演化晚期會(huì)發(fā)生超新星爆發(fā)，最終在核心留下一個(gè)致密的天體。

像太陽(yáng)這樣質(zhì)量的恒星在宇宙中只能算偏小的恒星，演化末期不會(huì)發(fā)生超新星爆發(fā)，核心會(huì)坍縮成一顆白矮星。太陽(yáng)質(zhì)量8倍以上的恒星死亡時(shí)才會(huì)發(fā)生超新星爆發(fā)，太陽(yáng)質(zhì)量30倍以下的恒星，超新星爆發(fā)后有可能在核心留下一顆中子星；而太陽(yáng)質(zhì)量30倍以上的恒星則可能會(huì)留下一顆黑洞。

白矮星、中子星、黑洞都是高致密天體，而且一個(gè)比一個(gè)更小，質(zhì)量更大，因此密度也越來(lái)越高。白矮星體積只有地球大小，質(zhì)量卻有太陽(yáng)的0.5～1.4倍，密度每立方厘米可達(dá)1~10噸；中子星直徑只有10~30公里，密度每立方厘米高達(dá)驚人1~10億噸；黑洞核心是一個(gè)無(wú)限小的奇點(diǎn)，因此密度無(wú)限大，剛生成的種子黑洞質(zhì)量約為太陽(yáng)的3～10倍。

最早，這些都是根據(jù)引力場(chǎng)論得出的理論猜想，隨著太空觀測(cè)水平的提升，發(fā)現(xiàn)白矮星、中子星、黑洞等奇異天體在宇宙中真實(shí)存在，而且發(fā)現(xiàn)得越來(lái)越多，是一種普遍存在的天體。但這些天體是真的超新星大爆發(fā)后出現(xiàn)的嗎，一直沒(méi)有證據(jù)。

最近，迄今最厲害的韋伯望遠(yuǎn)鏡與其前輩哈勃望遠(yuǎn)鏡通過(guò)對(duì)超新星1987A的觀測(cè)，并將觀測(cè)照片和數(shù)據(jù)結(jié)合起來(lái)，解開(kāi)了這個(gè)歷史上最負(fù)盛名的超新星核心謎團(tuán)，證實(shí)了其中心的確有一顆中子星。

超新星1987A是發(fā)生在大麥哲倫星云中心的一次爆發(fā)，大麥哲倫星云是銀河系的一個(gè)衛(wèi)星星系，距離我們約16萬(wàn)光年。也就是說(shuō)，這顆超新星爆炸的光芒經(jīng)過(guò)16萬(wàn)年的傳播，于1987年2月到達(dá)了地球，被望遠(yuǎn)鏡所捕捉。

這是自1604年以來(lái)，人類(lèi)觀測(cè)到距離我們最近和最亮的一顆超新星。37年來(lái)，科學(xué)家們一直鍥而不舍的研究著這顆超新星，但無(wú)法弄清核心是不是存在一個(gè)致密天體。根據(jù)觀測(cè)到的中微子波，表明其可能產(chǎn)生了一顆中子星，直徑約為20公里，但僅憑這些線索難以得出可靠結(jié)論，各種可能性一直在討論中。

迄今最牛的太空望遠(yuǎn)鏡詹姆斯·韋伯于2021年發(fā)射升空，讓人類(lèi)的觀測(cè)手段又得到了很大提升，對(duì)宇宙深空的新發(fā)現(xiàn)不斷給人們帶來(lái)驚喜，也為研究1987A超新星增添了籌碼。韋伯望遠(yuǎn)鏡可以觀測(cè)不同波段的電磁波，且具有比前輩們更高的分辨率，2022年7月，韋伯望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)1987A觀測(cè)了9個(gè)小時(shí)，就有了突破性的發(fā)現(xiàn)。

韋伯望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)發(fā)現(xiàn)了1987A超新星的核心具有電離氬氣和硫氣體，這些氣體只有中子星才能夠觸發(fā)，是這些原子被中子星輻射電離的證據(jù)，因此可以視為中子星存在的“指紋”，由此可以認(rèn)定，這是在超新星1987A的核心存在著一顆中子星迄今為止最有力的證據(jù)。

中子星由于太小，形象地說(shuō)，只相當(dāng)我們地球上一個(gè)中小城市，在太空中就是一粒塵埃，迄今發(fā)現(xiàn)距離地球最近的中子星都有數(shù)百光年，因此迄今為止都無(wú)法直接觀測(cè)到。但魷魚(yú)板中子星有其獨(dú)特的特性，特別是其強(qiáng)大的電磁輻射會(huì)像燈塔一樣掃射著太空，當(dāng)其掃過(guò)地球時(shí)就會(huì)被射電望遠(yuǎn)鏡所捕捉，由此已經(jīng)有數(shù)千顆中子星被發(fā)現(xiàn)。

超新星爆發(fā)后，核心會(huì)被塵埃所遮擋，因此一般的望遠(yuǎn)鏡很難看到核心的情況。韋伯望遠(yuǎn)鏡的紅外波段觀測(cè)，可以穿透迷霧看到真相，因此才解開(kāi)了科學(xué)家們幾十年的觀測(cè)謎底。愛(ài)爾蘭梅努斯大學(xué)的天體物理學(xué)家Patrick Kavanagh說(shuō)：“這是自爆發(fā)以來(lái)一直在尋找的東西，現(xiàn)在我們找到了”。

這項(xiàng)研究被刊登在世界著名期刊《科學(xué)》雜志上，斯德哥爾摩KTH皇家理工學(xué)院的天體物理學(xué)家、研究團(tuán)隊(duì)的Josefin Larsson說(shuō)：“數(shù)據(jù)質(zhì)量非常高，比我想象的要好許多”；另一位天體物理學(xué)家Mikako Matsuura則說(shuō)：“JWST（韋伯望遠(yuǎn)鏡）真的是一個(gè)了不起的望遠(yuǎn)鏡，可以提供這樣的發(fā)現(xiàn)”。

這次發(fā)現(xiàn)的意義非常重大，它證明了真正的科學(xué)理論是能夠經(jīng)得起實(shí)踐和時(shí)間的檢驗(yàn)的。茫茫宇宙，浩瀚星空，蘊(yùn)藏著無(wú)數(shù)的奇觀和秘密，科學(xué)理論還預(yù)言了許多尚沒(méi)有證實(shí)的東西，如白洞、蟲(chóng)洞等等。

當(dāng)然，這次發(fā)現(xiàn)的證據(jù)依然是間接的，迄今任何望遠(yuǎn)鏡并沒(méi)有看到1987A核心中子星的真正樣子。但隨著超新星的繼續(xù)膨脹，阻擋核心的塵埃會(huì)越來(lái)越稀薄和消散，科學(xué)家們確信，核心的中子星終究會(huì)暴露出來(lái)，觀測(cè)得到的線索就會(huì)越來(lái)越多，讓我們期待。

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