新研究發(fā)現(xiàn)：超新星爆炸后殘留致密尸骸~中子星

恒星演化和歸宿與其質(zhì)量密切相關(guān)，恒星質(zhì)量一般以太陽質(zhì)量作為標(biāo)尺，太陽質(zhì)量約為2*10^30kg。現(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)質(zhì)量更大，體積卻更小，因此密度也越來越高。白矮星體積只有地球大小，質(zhì)量卻有太陽的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)無限小的奇點(diǎn)，因此密度無限大，剛生成的種子黑洞質(zhì)量約為太陽的3～10倍。

早期，這些都是根據(jù)引力場(chǎng)論得出的理論預(yù)言，隨著深空觀測(cè)水平的提升，發(fā)現(xiàn)了宇宙中真實(shí)存在的白矮星、中子星和黑洞，而且發(fā)現(xiàn)得越來越多，這些極端天體是銀河系和宇宙中普遍存在的天體。但中子星真的會(huì)在超新星大爆發(fā)后留下來嗎，一直沒有確鑿的證據(jù)。

最近，迄今最厲害的韋伯望遠(yuǎn)鏡通過對(duì)超新星1987A的觀測(cè)，得到的數(shù)據(jù)與其前輩哈勃望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)照片結(jié)合起來分析，解開了這個(gè)歷史上最負(fù)盛名的超新星核心謎團(tuán)，證實(shí)了其中心的確存在一顆中子星。

超新星1987A發(fā)生在大麥哲倫星云中心，大麥哲倫星云是銀河系的一個(gè)衛(wèi)星星系，距離我們約16萬光年。也就是說，這顆超新星爆炸的光經(jīng)過16萬年的傳播，于1987年2月到達(dá)了地球，被正在興起的天文望遠(yuǎn)鏡所捕捉。

這是自1604年以來，人類觀測(cè)到距離我們最近并且最亮的一顆超新星。37年來，科學(xué)家們一直鍥而不舍的研究著這顆超新星，但無法弄清核心到底是不是存在一個(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，讓人類的觀測(cè)手段又提升了一大步，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，因此一啟用，就不斷有了令人震撼和驚喜的新發(fā)現(xiàn)。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)，有了突破性進(jìn)展。

韋伯望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)到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”。由此科學(xué)家們認(rèn)定，這是迄今為止超新星1987A的核心存在著一顆中子星的最有力證據(jù)。

中子星由于太小，形象地說，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，且距離地球很遠(yuǎn)，迄今發(fā)現(xiàn)距離地球最近的中子星都有數(shù)百光年，因此即便再好的望遠(yuǎn)鏡也無法直接觀測(cè)到。

科學(xué)家們之所以能夠觀測(cè)到中子星，是因?yàn)橹凶有怯衅洫?dú)特的個(gè)性，特別是其強(qiáng)大的電磁輻射會(huì)像燈塔一樣掃射過太空，當(dāng)這束電磁輻射掃過地球時(shí)就會(huì)被射電望遠(yuǎn)鏡所捕捉。至今，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，因此才解開了科學(xué)家們幾十年的觀測(cè)謎底。愛爾蘭梅努斯大學(xué)的天體物理學(xué)家Patrick Kavanagh說：“這是自爆炸以來一直在尋找的東西，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：“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：“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)藏著無數(shù)的奇觀和秘密，科學(xué)理論還預(yù)言了許多尚沒有證實(shí)的東西，如白洞、蟲洞等等，相信隨著科學(xué)技術(shù)的不斷提升，人們得到的真相會(huì)越來越多。

當(dāng)然，這次發(fā)現(xiàn)的證據(jù)依然是間接的，望遠(yuǎn)鏡并沒有看到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，讓我們期待。

謝謝閱讀，歡迎討論。

時(shí)空通訊原創(chuàng)文章，請(qǐng)尊重作者版權(quán)，感謝理解合作。

參考鏈接：https://www.nature.com/articles/d41586-024-00528-4?utm_source=Live+Audience&utm_campaign=d9ad4e8e7d-briefing-dy-20240226&utm_medium=email&utm_term=0_b27a691814-d9ad4e8e7d-51426400