數十年來的未知謎團,天文學家有望在著名超新星殘骸找到中子星

作者 | 發布日期 2021 年 03 月 08 日 8:15 | 分類 天文 Telegram share ! follow us in feedly
SN 1987A


自 1987 年 2 月 24 日大麥哲倫星系裡的 SN1987A 超新星爆炸後,做為四百年來首次肉眼可見的超新星,科學家對其很感興趣,使它成為擁有最多研究的天體之一,其中包括尋找爆炸後留下的中子星。

當質量大的恆星燃燒完核心的氫後,核心將塌縮反彈並把外層吹往太空。塌縮的核心將變成擁有極高密度的中子星,中子星是由中子緻密堆積所形成(約原子核的密度),假如把太陽壓成一顆中子星大約僅 16 公里。

波霎是高速自轉並帶有強磁場的中子星,具有光束並隨中子星自轉如燈塔般掃過天空,假如朝向地球時可觀測到短的脈衝。有些波霎表面會吹出物質(帶電粒子),其速度甚至趨近於光速,當帶電粒子和磁場作用將形成結構複雜的波霎風星雲

使用錢卓拉(Chandra)X 射線天文台和核光譜望遠鏡陣列(NuSTAR),團隊發現因 SN1987A 的碎片撞擊週圍物質而產生的相對低能量的 X 射線。此外因 NuSTAR 可偵測到更多相對高能量的 X 射線,藉此團隊亦發現高能量粒子存在 SN1987A 的證據。

此相對高能量的 X 射線來源有兩個可能,其一是高能量的波霎風星雲,另一是爆炸波把粒子加速到高能量,後者不一定需要波霎存在,且可在離爆炸中心較遠處出現。

但此相對高能量的 X 射線資料,無法完全用爆炸波來解釋,因而提高波霎風星雲(中子星)存在的可能性。由於在 2012 到 2014 年間,科學家觀測此 X 射線亮度皆差不多,但是於澳洲望遠鏡緻密陣列(ATCA)觀測到的電波訊號強度卻增強,這和爆炸波機制預期的結果不吻合。估計依靠爆炸波把電子加速到如 NuSTAR 觀測的高能量,需要花上 400 年,較超新星殘骸的年紀大上 10 倍。

搭配 Chandra 和 NuSTAR 的觀測與 2020 年 ALMA 的在毫米波段觀測結果,亦可為波霎星雲存在提供證據。

因在 SN1987A 的中心布滿灰塵和氣體,遮擋其發出的光線。作者利用模擬了解物質對不同波長的 X 射線的吸收,從而反推原始發出的光譜。並預測數年後這些物質將散開,較不易遮擋光線,估計再過 10 年左右將可直接觀測到坡霎發出的光,揭露中子星的存在。

天文學家一直在猜測是否時間不足使中子星形成,抑或形成的是黑洞而不是中子星,SN1987A 爆炸後留下的天體數十年來一直是未知謎團,而今新的觀測提供更多資訊幫助了解。還需更多的觀測資料來支持波霎風星雲的存在。假如之後觀測到無線電波的增強,伴隨著相對高能的 X 射線減弱,將更能支持中子星的存在。

▲ 左圖是根據 Chandra 的觀測資料,對 SN1987A 超新星碎片撞擊周圍環狀物質的 3D 模擬。右圖是藝術家繪製的波霎風星雲。波霎是高速旋轉並具有強磁場的中子星,其吹出的粒子和強磁場作用形成波霎風星雲。

(本文由 台北天文館 授權轉載;首圖來源:Flickr/UCL Mathematical & Physical Sciences CC BY 2.0)