韋布空間望遠鏡窺探垂死恒星

在詹姆斯·韋布空間望遠鏡（JWST）最新拍攝的驚人圖像中，一團來自垂死恒星的氣體云揭示了宇宙中奇特碳分子的“誕生地”，這就是著名的“巴基球”（buckyballs）。

這些中空、足球狀的碳分子結構，早在2010年就被發現存在于太空中，但它們的起源至今仍是未解之謎。

這張圖像展示了詹姆斯·韋布空間望遠鏡的中紅外儀器（MIRI）所觀測到的行星狀星云 Tc 1。它結合了9個濾光片的數據，覆蓋從5.6微米到25.5微米的波長范圍，遠超人類肉眼所能感知的范圍。藍色調代表溫度較高的氣體，對應較短的中紅外波長；紅色調則追蹤溫度較低的物質，對應較長的波長。圖像由加拿大西方大學（Western University）的合作者、中學科學教師Katelyn Beecroft使用PixInsight處理。

圖源：NASA / ESA / CSA / Western University, J. Cami)

中心是一個類似太陽大小但已耗盡燃料的恒星殘骸，白矮星，它周圍環繞著層層剝離的氣體殼層。

Tc 1：巴基球的“故鄉”，隱藏著倒置問號

Tc 1位于南天星座Ara（拉丁語意為“祭壇”），距離地球約1萬光年。它早已因2010年被發現含有大量巴基球而聞名于世，那是西方大學物理與天文學教授Jan Cami團隊利用NASA斯皮策太空望遠鏡的成果，該發現還發表在《科學》雜志上。

如今，韋布以更大的鏡面和更高分辨率“接力”觀測，揭示了更多驚人細節。圖像中出現了一個倒置的“問號”狀結構，科學家目前尚無法完全解釋其成因。Cami教授在聲明中感慨：“Tc 1本來就已經非同尋常，因為它讓我們知道巴基球確實存在于宇宙中。但這張新圖像告訴我們，我們之前只是淺嘗輒止。我們現在看到的結構令人屏息，它們提出的問題和答案一樣多。”

巴基球的正式名稱是巴克明斯特富勒烯（buckminsterfullerene），以建筑師Buckminster Fuller命名，因為其結構類似他設計的測地線穹頂。1985年，Harry Kroto等人發表論文首次描述了這種分子，后來部分團隊成員因此獲得1996年諾貝爾化學獎。

為什么巴基球如此重要？它們可能是生命的“原料”

巴基球屬于多環芳烴（PAHs）家族，這類有機化合物被視為生命的基本成分之一。它們在宇宙中分布廣泛：不僅出現在垂死恒星周圍的行星狀星云中，還能在年輕恒星、星際云、恒星形成區甚至隕石中找到。但奇怪的是，它們并不普遍，“我們幾乎到處都能看到它們，但頻率并不高，這正是謎團所在。”Cami說。

通過韋布的高分辨率數據，科學家首次能清晰看到巴基球如何隨溫度、密度和輻射場變化而演化。這有助于理解有機分子在宇宙中的形成與演化過程，或許還能為地球生命的起源提供新線索。

“盒子里的盒子”：巴基球殼層之謎

最新觀測顯示，巴基球主要集中在白矮星周圍的一個獨立殼層中。西方大學博士生Morgan Giese形容這就像“巴基球排列成一個巨大的巴基球”。為什么會形成這種“殼中殼”結構？目前仍是未解之謎。

此外，圖像還捕捉到細絲狀氣體結構，以及巴基球在紅外波段的獨特發射譜。科學家發現，現有的模型無法準確預測這些發射特征，這意味著我們可能遺漏了某些物理化學過程，或者實驗室數據還不夠精確。

研究團隊成員（從左至右）依次為：西蒙·范·斯凱倫伯格（Simon Van Schuylenbergh）、埃爾斯·皮特斯（Els Peeters）、簡·卡米（Jan Cami）、摩根·吉斯（Morgan Giese）、查米·巴特（Charmi Bhatt）和德里斯·范·德·普特（Dries Van De Putte）。

圖源：Christopher Kindratsky / 西安大略大學傳播部）

Cami團隊計劃進一步分析Tc 1的溫度、化學成分、密度和氣體運動。這是人類首次對行星狀星云進行如此詳細的“全景式”觀測。他們還將利用韋布更多時間，觀測另外兩個富含巴基球的行星狀星云，重點研究輻射場對環境的影響，光化學和光物理過程很可能在其中扮演關鍵角色。

太陽的未來：我們自己的恒星也會這樣嗎？

Tc 1中心的恒星與我們的太陽大小相近，但已進入生命晚期。它耗盡燃料后，層層拋出氣體和塵埃，最終留下熾熱的白矮星核心，其輻射使周圍氣體發光。這正是類似太陽的恒星在數十億年后可能經歷的命運。

行星狀星云的名字聽起來與行星有關，其實只是因為早期望遠鏡下它們看起來像行星圓盤。實際上，全宇宙中數百個類似星云里，只有少數（如不到10個）被確認含有巴基球。為什么偏偏是它們？科學家仍在尋找答案。

從斯皮策到韋布：15年的延續

2010年的發現開啟了太空巴基球研究的序幕，斯皮策望遠鏡功不可沒。但其任務已在2020年結束。韋布作為更強大的繼任者，不僅分辨率更高，還能觀測更精細的結構。Katelyn Beecroft這位業余天文愛好者在接到Cami邀請后，僅用幾小時就處理出這張震撼圖像，讓人驚嘆。

更多科學論文即將發布，將詳細解讀光譜數據、紅外發射機制以及巴基球的形成環境。Cami表示：“我們發現影響巴基球發射的物理過程比之前想象的更多。”

宇宙的奧秘遠未窮盡。韋布的這張圖像不僅展現了巴基球的誕生地，更讓我們看到一顆類似太陽的恒星在死亡過程中，如何塑造出如此復雜而美麗的結構。那些閃爍的藍色、白色與紅色光環，仿佛在提醒我們：宇宙中處處藏著生命的線索，而人類的探索才剛剛開始。

參考

[1]https://www.space.com/astronomy/stars/james-webb-space-telescope-peers-into-a-dying-star-surrounded-by-mysterious-buckyballs-the-structures-were-seeing-now-are-breathtaking

[2]https://news.westernu.ca/2026/04/jwst-buckyballs/