脈衝星風狀星雲證據可能解開34年以來的天文學之謎

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來自錢德拉和NuSTAR的數據為在超新星1987A(SN 1987A)的中心存在一種被稱為 "脈衝星風星雲 "的結構提供了證據。脈衝星風星雲是由快速旋轉的中子星產生的帶電粒子和磁場組成的雲。如果得到證實,數十年來對尋找大質量恆星坍塌后爆炸后留下緻密核心的研究達到了高潮。

自從天文學家在1987年2月24日捕捉到一顆恆星的明亮爆炸后,研究人員一直在尋找本應被留下的被壓扁的恆星核心。一組天文學家利用來自美國宇航局太空任務和地面望遠鏡的數據可能最終找到了它。作為大約400年來第一顆肉眼可見的超新星,超新星1987A(簡稱SN 1987A)引發了科學家們的極大興奮,並很快成為天空中研究最多的物體之一。這顆超新星位於大麥哲倫星系,這是我們銀河系的一個小型伴星系,距離地球只有大約17萬光年。

當天文學家看著碎片從引爆點向外爆炸時,他們也在尋找這顆恆星的核心應該留下的東西:一顆中子星。來自美國宇航局錢德拉X射線天文台的數據和美國宇航局核子光譜望遠鏡陣列(NuSTAR)以前未發表的數據,結合去年報告的地面阿塔卡馬大型毫米陣列(ALMA)望遠鏡的數據,現在提出了一系列耐人尋味的證據,證明SN 1987A中心的中子星存在。

當一顆恆星爆炸時,它在外層被炸入太空之前就會塌陷到自身。核心的壓縮將它變成一個密度極大的物體,太陽的質量被擠壓到一個只有大約10英里寬的物體中。這些物體被稱為中子星,因為它們幾乎完全由密集的中子組成。它們是極端物理學的實驗室,在地球上是無法複製的。超新星1987A在30多年前爆炸,現在仍然被碎片包圍。美國宇航局的核光譜望遠鏡陣列,或稱NuSTAR(顯示為藍色)和錢德拉X射線天文台(顯示為紅色)對高能環境進行了成像,後者具有更精細的解析度。快速旋轉和高度磁化的中子星,稱為脈衝星,會產生一束類似燈塔的輻射,當它的旋轉將光束掃過天空時,天文學家會檢測到脈衝。有一個脈衝星的子集,從其表面產生風,有時幾乎是以光速–形成複雜的帶電粒子和磁場結構,被稱為 "脈衝星風星雲"。

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通過錢德拉和NuSTAR,研究小組發現SN 1987A的碎片撞向周圍物質時產生了相對低能量的X射線。研究小組還利用NuSTAR探測更高能量X射線的能力發現了高能量粒子的證據。對這種高能X射線發射有兩種可能的解釋:要麼是脈衝星風星雲,要麼是粒子被爆炸的衝擊波加速到高能。后一種效應不需要脈衝星的存在,而且發生在離爆炸中心更遠的地方。

最新的X射線研究支持脈衝星風星雲的情況,意味著中子星一定在那裡。研究人員認為在2012年和2014年之間,較高能量的X射線的亮度基本保持不變,而用澳大利亞望遠鏡緊湊型陣列探測到的無線電發射則有所增加。這與爆炸波方案的預期相悖。接下來,作者估計需要近400年的時間才能將電子加速到NuSTAR數據中看到的最高能量,這比殘餘物的年齡大10倍以上。

錢德拉和NuSTAR的數據也支持來自ALMA的一個2020年的結果,該結果為毫米波段的脈衝星風星雲結構提供了可能的證據。雖然這個 "圓球 "還有其他潛在的解釋,但是它被認定為脈衝星風星雲可以通過新的X射線數據得到證實。這是支持有一顆中子星留下的更多證據。如果這確實是位於SN 1987A中心的一顆脈衝星,它將是迄今為止發現的最年輕的一顆。

脈衝星風狀星雲證據可能解開34年以來的天文學之謎

脈衝星風狀星雲證據可能解開34年以來的天文學之謎

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