天文学家首次发现爆炸恒星中子星遗迹的有力证据

包括伦敦大学学院(UCL)教授迈克·巴洛(MikeBarlow)在内的国际天文学家团队发现了首个确凿证据，证明超新星1987A的中心存在中子星，这是37年前观测到的一次恒星爆炸。

超新星是质量超过太阳质量8至10倍的恒星坍缩的壮观结果。它们是使生命成为可能的化学元素(如碳、氧、硅和铁)的主要来源。这些爆炸恒星的塌缩核心可能会产生更小的中子星，由已知宇宙中最致密的物质或黑洞组成。

超新星1987A位于邻近的矮星系大麦哲伦星云中，是400年来夜空中观测到的最近、最亮的超新星。

中微子是一种难以想象的小亚原子粒子，在超新星中产生，并在超新星出现的前一天在地球上(1987年2月23日)被检测到，这表明中子星一定已经形成。然而，尚不清楚这颗中子星是持续存在还是坍缩成黑洞，因为这颗中子星被爆炸后形成的尘埃遮住了。

在《科学》杂志上发表的这项新研究中，研究人员使用詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)上的两台仪器MIRI和NIRSpec在红外波长下观察超新星，并发现了重氩和硫原子的证据，其外层电子已被在靠近恒星爆炸发生的地方被剥离(即原子已被电离)。

研究小组对各种场景进行了建模，发现这些原子只能被来自热冷却中子星的紫外线和X射线辐射电离，或者被快速旋转的中子星加速的相对论粒子风电离，并与周围的超新星物质(脉冲星风星云)。

如果前一种情况属实，那么中子星的表面温度将约为100万度，是从30多年前坍缩核心形成时的1000亿度左右冷却下来的。

合著者迈克·巴洛教授(伦敦大学学院物理与天文学)表示：“我们使用詹姆斯·韦伯的MIRI和NIRSpec光谱仪对超新星1987A周围星云中心的强电离氩和硫发射线进行了检测，这是存在超新星1987A的直接证据。电离辐射的中心源。我们的数据只能拟合中子星作为电离辐射的动力源。

“这种辐射可以从热中子星的百万度表面发出，也可以通过中子星快速旋转并在其周围拖动带电粒子时可能产生的脉冲星风星云发出。

“关于中子星是否隐藏在尘埃中的谜团已经持续了30多年，令人兴奋的是我们已经解开了这个谜团。

“超新星是使生命成为可能的化学元素的主要来源，因此我们希望建立正确的超新星模型。没有任何其他物体像超新星1987A中的中子星一样，离我们如此之近，而且最近才形成。因为它周围的物质正在膨胀，随着时间的推移我们会看到更多。”

该研究的主要作者ClaesFransson教授(瑞典斯德哥尔摩大学)表示：“得益于JWST卓越的空间分辨率和出色的仪器，我们第一次能够探测到超新星的中心，以及它的内部结构。”是在那里创建的。

“我们现在知道存在一个紧凑的电离辐射源，很可能是中子星。我们从爆炸时起就一直在寻找这一点，但必须等待JWST才能验证预测。”

该研究的另一位作者帕特里克·卡瓦纳(PatrickKavanagh)博士(爱尔兰梅努斯大学)表示：“第一次看到SN1987A的JWST观测真是令人兴奋。当我们检查MIRI和NIRSpec数据时，非常明亮的发射从SN1987A中心的氩气中跳出来。我们立即知道这是一种特殊的东西，可以最终回答有关致密天体性质的问题。”

该研究的合著者、瑞典皇家理工学院(KTH)的约瑟芬·拉尔森(JosefinLarsson)教授表示：“这颗超新星不断给我们带来惊喜。没有人预料到这个致密天体会通过来自超新星的超强发射线被探测到。”氩气，所以这有点有趣，我们就是这样在JWST中发现它的。”

模型表明，由于大质量恒星爆炸前夕内部的核合成，大量产生了重氩和硫原子。

虽然爆炸恒星的大部分质量现在以高达10,000公里/秒的速度膨胀，并且分布在很大的体积内，但在爆炸发生的中心附近观察到了电离的氩和硫原子。

1992年，人们预测紫外线和X射线辐射会电离原子，这是新产生的中子星的独特特征。

这些电离原子是由JamesWebb的MIRI和NIRSpec仪器使用一种称为光谱学的技术检测到的，其中光被分散到光谱中，使天文学家能够测量不同波长的光，以确定物体的物理特性，包括其化学成分。

伦敦大学学院大盾空间科学实验室的团队设计并制造了NIRSpec的校准源，该校准源使仪器能够通过为其探测器提供均匀的参考照明来进行更精确的测量。

这项新研究涉及来自英国、爱尔兰、瑞典、法国、德国、美国、荷兰、比利时、瑞士、奥地利、西班牙和丹麦的研究人员。

关于超新星(SN)1987A

SN1987A是所有超新星中研究最多、观察最充分的。

1987年2月23日，它在距离160,000光年的南部天空大麦哲伦星云中爆炸，是自1604年约翰内斯·开普勒观测到的最后一颗肉眼超新星以来距离最近的超新星。在它消失之前的几个月里，SN1987A可能是即使在这个距离也能用肉眼看到。

更重要的是，它是唯一通过中微子探测到的超新星。这是非常重要的，因为预计该事件中释放的巨大能量的99.9%都会因这些相互作用极弱的粒子而消失。

剩余的0.1%出现在残余物的膨胀能量中并以光的形式出现。在2月23日世界标准时间7:35:35恒星核心塌陷所释放的大量中微子(大约10的58次方)中，大约20个中微子被地球周围的三个不同探测器检测到。

SN1987A也是第一颗超新星，可以从爆炸前拍摄的图像中识别出爆炸的恒星。除了中微子之外，坍缩和爆炸最有趣的结果是黑洞或中子星形成的预测。这仅构成了坍缩恒星的中央核心，其质量是太阳的1.5倍。其余部分以高达光速10%的速度被排出，形成我们今天直接观察到的不断扩大的残余物。

中微子爆发的“长”10秒持续时间表明中子星的形成，但尽管无线电和X射线观测提供了一些有趣的迹象，但迄今为止尚未发现致密天体的确凿证据，并且是剩下的主要证据。SN1987A的未解决问题。

造成这种情况的一个重要原因可能是我们所知的大量灰尘颗粒是在爆炸后的几年内形成的。这些灰尘可以阻挡来自中心的大部分可见光，从而隐藏可见波长的致密物体。

中子星的两种情况

在他们的研究中，作者讨论了两种主要的可能性：要么来自炽热的百万度新生中子星的辐射，要么来自快速旋转的中子星(脉冲星)的强磁场中加速的高能粒子的辐射。这与著名的以脉冲星为中心的蟹状星云的运作机制相同，蟹状星云是中国天文学家在1054年观测到的超新星遗迹。

这两种情况的模型对频谱产生了类似的预测，与观测结果非常吻合，但很难区分。使用JWST和地面望远镜在可见光下以及哈勃太空望远镜进行进一步观察，也许能够区分这些模型。

无论哪种情况，JWST的这些新观测结果都为SN1987A中心存在致密天体(很可能是中子星)提供了令人信服的证据。

总之，JWST的这些新观测，加上之前对前身和中微子的观测，提供了这个独特物体的完整图片。