詹姆斯·韋伯太空望遠鏡在年輕超新星SN 1987A遺跡的中心發現了中子星的證據

（神秘的地球uux.cn）據美國宇航局：美國國家航空航天局的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡發現了最近觀測到的超新星爆發地點的中子星發射的最佳證據。這顆超新星被稱為SN 1987A，是一顆核心坍塌超新星，這意味著其核心的致密殘餘物形成了中子星或黑洞。人們長期以來一直在尋找這種致密天體的證據，盡管此前已經發現了中子星存在的間接證據，但這是首次探測到可能的年輕中子星高能發射的影響。
超新星——一些大質量恒星的爆炸性最後垂死掙紮——在幾小時內爆炸，爆炸的亮度在幾個月內達到峰值。在接下來的幾十年裏，這顆爆炸恒星的殘骸將繼續快速演化，為天文學家實時研究一個關鍵的天文過程提供了難得的機會。
超新星1987A
超新星SN 1987A發生在距離地球16萬光年的大麥哲倫星雲中。它於1987年2月在地球上首次被觀測到，其亮度在當年5月達到頂峰。這是自1604年觀測到開普勒超新星以來，第一顆可以用肉眼看到的超新星。
在首次對SN 1987A進行可見光觀測約兩小時前，世界各地的三個天文台探測到了持續僅幾秒鍾的中微子爆發。這兩種不同類型的觀測與同一超新星事件有關，並為核心坍塌超新星如何發生的理論提供了重要證據。這一理論包括這種類型的超新星會形成中子星或黑洞的預期。從那以後，天文學家一直在膨脹的殘餘物質中心尋找這些致密天體中的一個或另一個的證據。
在過去的幾年裏，人們發現了在殘餘物中心存在中子星的間接證據，對更古老的超新星殘餘物（如蟹狀星雲）的觀察證實了在許多超新星殘餘物中發現了中子星。然而，到目前為止，還沒有觀測到SN 1987A（或任何其他此類近期超新星爆發）之後出現中子星的直接證據。

詹姆斯·韋伯太空望遠鏡在最近觀察到的著名超新星SN 1987A的位置觀察到了中子星發射的最佳證據。左邊是2023年發布的NIRCam（近紅外相機）圖像。右上角的圖像顯示了MIRI中分辨率光譜儀（中紅外儀器）捕捉到的來自單電離氬（氬II）的光。右下角的圖像顯示了NIRSpec（近紅外光譜儀）捕捉到的多重電離氬發出的光。兩台儀器都顯示了來自超新星遺跡中心的強烈信號。這向科學小組表明那裏有一個高能輻射源，很可能是一顆中子星。圖像：uux.cn/美國國家航空航天局、歐空局、加空局、加拿大空間科學研究所、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）
斯德哥爾摩大學的Claes Fransson是這項研究的第一作者，他解釋說:“根據SN 1987A的理論模型，在超新星爆發前觀察到的10秒鍾中微子爆發表明在爆炸中形成了中子星或黑洞。但是我們還沒有觀察到任何超新星爆發產生的這種新生物體的任何令人信服的特征。有了這個天文台，我們現在已經找到了新生致密天體觸發發射的直接證據，它很可能是一顆中子星。”
韋伯對SN 1987A的觀測
韋伯於2022年7月開始進行科學觀測，這項工作背後的韋伯觀測是在7月16日進行的，這使SN 1987A遺跡成為韋伯觀測的首批天體之一。該團隊使用了韋伯MIRI（中紅外儀器）的中分辨率攝譜儀（MRS）模式，該模式由同一團隊的成員幫助開發。MRS是一種被稱為集成現場單元（IFU）的儀器。
如果超聲能夠對一個物體成像並同時對其進行光譜分析。IFU在每個像素上形成一個光譜，使觀察者能夠看到整個物體的光譜差異。對每個頻譜的多普勒頻移的分析也允許對每個位置的速度進行評估。
結果的光譜分析顯示，由於SN 1987A原始位置周圍噴射物質中心的電離氬產生了強信號。隨後使用韋伯的NIRSpec（近紅外光譜儀）IFU在更短的波長下進行的觀察發現了更多的離子化化學元素，特別是五倍離子化的氬（意味著氬原子失去了18個電子中的5個）。這種離子需要高能光子才能形成，而這些光子必須來自某個地方。
“為了產生我們在噴出物中觀察到的這些離子，很明顯在SN 1987A殘骸的中心必須有一個高能輻射源，”Fransson說。“在論文中，我們討論了不同的可能性，發現隻有少數情況是可能的，而且所有這些情況都涉及一顆新誕生的中子星。”
今年計劃用韋伯望遠鏡和地麵望遠鏡進行更多的觀測。研究小組希望正在進行的研究將更加清楚SN 1987A殘骸的心髒到底發生了什麽。這些觀測將有望刺激更詳細模型的開發，最終使天文學家不僅能夠更好地了解SN 1987A，而且能夠更好地了解所有核心坍塌超新星。
這些發現發表在《科學》雜誌上。
詹姆斯·韋伯太空望遠鏡是世界上首屈一指的太空科學天文台。韋伯正在解開我們太陽係的謎團，觀察其他恒星周圍的遙遠世界，探索我們宇宙的神秘結構和起源以及我們在其中的位置。Webb是由美國國家航空航天局及其合作夥伴ESA(歐洲航天局)和加拿大航天局領導的一個國際項目。