“终于，我们有了证据”：詹姆斯·韦伯望远镜发现中子星隐藏在 1987 年著名超新星的残骸中

詹姆斯·韦伯太空望远镜发现的一颗中子星在超新星 1987A 恒星爆炸的残骸中潜伏了 37 年。

天文学家利用詹姆斯·韦伯太空望远镜 (JWST) 在恒星爆炸的残骸中发现了一颗中子星，结束了长达近十年的天体捉迷藏游戏。

超新星 1987A 代表一颗爆炸恒星的残骸，该恒星的质量曾经约为太阳的 8 到 10 倍。它位于大麦哲伦星云中，距银河系约 170,000 光年，是矮星系的邻居。超新星 1987A 于 37 年前的 1987 年首次被天文学家发现，这也是其名称中的数字含义。当超新星 1987A 爆炸时，它首先向地球洒下被称为中微子的幽灵粒子，然后在强光下变得可见。这使它成为大约 400 年来在地球夜空中看到的最近、最亮的超新星。

像这样的超新星爆炸为宇宙播下了碳、氧、硅和铁等元素的种子。这些元素最终成为下一代恒星和行星的组成部分，甚至可以形成分子，有一天可能成为我们所知的生命不可或缺的一部分。这些爆炸还会产生中子星或黑洞形式的致密恒星残骸； 37 年来，天文学家一直不知道其中哪些可能潜伏在超新星 1987A 的中心。

“长期以来，我们一直在超新星 1987A 的气体和尘埃中寻找中子星的证据，”物理学和天文学名誉教授、这一发现背后的团队成员迈克·巴洛 (Mike Barlow) 告诉 Space.com 。 “终于，我们找到了我们一直在寻找的证据。”

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中子星如何隐藏4年？

当大质量恒星耗尽其核心核聚变所需的燃料供应时，中子星就会诞生。这切断了从这些恒星核心流出的向外能量，从而保护它们免于在自身重力作用下坍缩。

当恒星核心塌陷时，巨大的超新星爆炸会撕裂恒星的外层，将它们炸飞。这留下了一颗“死”恒星，其宽度与地球上的平均城市一样宽，但质量约为太阳的一到两倍；恒星最终由中子粒子流体组成，这是宇宙中已知最致密的物质。

然而，中子星内部中子之间发生的量子效应支持中子星免于完全塌缩。这些效应可以防止中子挤在一起。如果恒星核心有足够的质量，或者中子星在产生后积累了更多的质量，那么这种所谓的“中子简并压力”就可以被克服。这将导致黑洞的诞生（但如果没有达到质量最小值，则不会发生。）

科学家们相当确定超新星 1987A 中的物体是一颗中子星，但他们不能排除这颗新死亡恒星的可能性，至少从我们在 17 万年前看到的情况来看，它没有聚集质量来形成中子星。将自身转变为黑洞。

“另一种可能性是，坠落的物质可能被吸积到中子星上并导致其塌缩成黑洞。因此，黑洞是一种可能的替代情况，”巴洛说。 “然而，坠落物质产生的光谱并不是解释我们所看到的发射的正确光谱类型。”

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这颗新发现的中子星在 37 年来一直没有被探测到，因为在它刚刚诞生时，它仍然被超新星爆炸期间喷出的厚厚的气体和尘埃包围着，超新星爆炸标志着它的祖星的垂死挣扎。

巴洛说：“超新星在爆炸后的几年内凝结了大约一半太阳质量的尘埃，这一事实阻碍了探测。” “这些尘埃充当了来自超新星 1987A 中心的遮蔽辐射的屏幕。”

灰尘阻挡红外光的效果远远不如阻挡可见光的效果。因此，为了看穿这层死亡裹尸布并进入超新星 1987A 的中心，巴洛和同事求助于 JWST 的高灵敏度红外眼，特别是望远镜的中红外仪器和近红外光谱仪。

这颗隐藏中子星确凿的证据与来自超新星 1987A 中心的氩和硫元素的排放有关。这些元素被电离，这意味着它们的原子中失去了电子。巴洛说，这种电离只能由于中子星发出的辐射而发生。

这些排放使研究小组能够限制曾经隐藏的中子星的亮度或光度。他们确定其亮度约为太阳亮度的十分之一。

研究小组可能已经确定一颗中子星是由超新星 1987A 诞生的，但这颗中子星的所有谜团尚未解开。 

这是因为作为确凿证据的氩和硫的电离可能是由中子星以两种方式之一引起的。 快速旋转的中子星拖曳并加速到接近光速的带电粒子风可能与周围的超新星物质相互作用，导致电离。或者，热中子星百万度表面发出的紫外线和X射线可能会将电子从恒星残骸中心的原子中剥离。

如果前一种情况是正确的，那么超新星 1987A 中心的中子星实际上是一颗被脉冲星风星云包围的脉冲星。脉冲星几乎是旋转的中子星。然而，如果后一种情况是这些排放的正确配方，那么这颗近距离的超新星就会诞生一颗“裸露”或“裸露”的中子星，其表面将直接暴露在太空中。

巴洛表示，通过使用 JWST 的 NIRSpec 仪器对超新星 1987A 的中心进行进一步的红外观测，研究人员也许能够区分裸露的中子星和被脉冲星风星云覆盖的中子星。

“我们现在有一个正在收集数据的程序，该程序将以近红外分辨率的 3 到 4 倍获取数据，”他总结道。 “因此，通过获得这些新数据，我们也许能够区分被提出来解释中子星驱动的发射的两种模型。”

该团队的研究成果于周四（2 月 22 日）发表在《科学》杂志上。

最初发布于Space.com。