詹姆斯·韦伯太空望远镜在年轻超新星SN 1987A遗迹的中心发现了中子星的证据

黄俊琼

（）据美国宇航局：美国国家航空航天局的詹姆斯·韦伯太空望远镜发现了最近观测到的超新星爆发地点的中子星发射的最佳证据。这颗超新星被称为SN 1987A，是一颗核心坍塌超新星，这意味着其核心的致密残余物形成了中子星或黑洞。人们长期以来一直在寻找这种致密天体的证据，尽管此前已经发现了中子星存在的间接证据，但这是首次探测到可能的年轻中子星高能发射的影响。

超新星——一些大质量恒星的爆炸性最后垂死挣扎——在几小时内爆炸，爆炸的亮度在几个月内达到峰值。在接下来的几十年里，这颗爆炸恒星的残骸将继续快速演化，为天文学家实时研究一个关键的天文过程提供了难得的机会。

超新星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月在地球上首次被观测到，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，第一颗可以用肉眼看到的超新星。

在首次对SN 1987A进行可见光观测约两小时前，世界各地的三个天文台探测到了持续仅几秒钟的中微子爆发。这两种不同类型的观测与同一超新星事件有关，并为核心坍塌超新星如何发生的理论提供了重要证据。这一理论包括这种类型的超新星会形成中子星或黑洞的预期。从那以后，天文学家一直在膨胀的残余物质中心寻找这些致密天体中的一个或另一个的证据。

在过去的几年里，人们发现了在残余物中心存在中子星的间接证据，对更古老的超新星残余物（如蟹状星云）的观察证实了在许多超新星残余物中发现了中子星。然而，到目前为止，还没有观测到SN 1987A（或任何其他此类近期超新星爆发）之后出现中子星的直接证据。



詹姆斯·韦伯太空望远镜在最近观察到的著名超新星SN 1987A的位置观察到了中子星发射的最佳证据。左边是2023年发布的NIRCam（近红外相机）图像。右上角的图像显示了MIRI中分辨率光谱仪（中红外仪器）捕捉到的来自单电离氩（氩II）的光。右下角的图像显示了NIRSpec（近红外光谱仪）捕捉到的多重电离氩发出的光。两台仪器都显示了来自超新星遗迹中心的强烈信号。这向科学小组表明那里有一个高能辐射源，很可能是一颗中子星。图像：美国国家航空航天局、欧空局、加空局、加拿大空间科学研究所、C. Fransson（斯德哥尔摩大学）、M. Matsuura（卡迪夫大学）、M. J. Barlow（伦敦大学学院）、P. J .卡瓦纳格（梅努斯大学）、J. Larsson（皇家理工学院）

斯德哥尔摩大学的Claes Fransson是这项研究的第一作者，他解释说:“根据SN 1987A的理论模型，在超新星爆发前观察到的10秒钟中微子爆发表明在爆炸中形成了中子星或黑洞。但是我们还没有观察到任何超新星爆发产生的这种新生物体的任何令人信服的特征。有了这个天文台，我们现在已经找到了新生致密天体触发发射的直接证据，它很可能是一颗中子星。”

韦伯对SN 1987A的观测

韦伯于2022年7月开始进行科学观测，这项工作背后的韦伯观测是在7月16日进行的，这使SN 1987A遗迹成为韦伯观测的首批天体之一。该团队使用了韦伯MIRI（中红外仪器）的中分辨率摄谱仪（MRS）模式，该模式由同一团队的成员帮助开发。MRS是一种被称为集成现场单元（IFU）的仪器。

如果超声能够对一个物体成像并同时对其进行光谱分析。IFU在每个像素上形成一个光谱，使观察者能够看到整个物体的光谱差异。对每个频谱的多普勒频移的分析也允许对每个位置的速度进行评估。

结果的光谱分析显示，由于SN 1987A原始位置周围喷射物质中心的电离氩产生了强信号。随后使用韦伯的NIRSpec（近红外光谱仪）IFU在更短的波长下进行的观察发现了更多的离子化化学元素，特别是五倍离子化的氩（意味着氩原子失去了18个电子中的5个）。这种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。

“为了产生我们在喷出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。“在论文中，我们讨论了不同的可能性，发现只有少数情况是可能的，而且所有这些情况都涉及一颗新诞生的中子星。”

今年计划用韦伯望远镜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将更加清楚SN 1987A残骸的心脏到底发生了什么。这些观测将有望刺激更详细模型的开发，最终使天文学家不仅能够更好地了解SN 1987A，而且能够更好地了解所有核心坍塌超新星。

这些发现发表在《科学》杂志上。

詹姆斯·韦伯太空望远镜是世界上首屈一指的太空科学天文台。韦伯正在解开我们太阳系的谜团，观察其他恒星周围的遥远世界，探索我们宇宙的神秘结构和起源以及我们在其中的位置。Webb是由美国国家航空航天局及其合作伙伴ESA(欧洲航天局)和加拿大航天局领导的一个国际项目。