利用宇航局的韦伯望远镜探究蟹状星云的起源

发布时间：2024-07-25 16:29:03 栏目：精选知识

导读 一组科学家利用美国宇航局的詹姆斯·韦伯太空望远镜分析了蟹状星云的成分，蟹状星云是位于金牛座 6,500 光年外的超新星遗迹。借助望远镜...

一组科学家利用美国宇航局的詹姆斯·韦伯太空望远镜分析了蟹状星云的成分，蟹状星云是位于金牛座 6,500 光年外的超新星遗迹。借助望远镜的 MIRI(中红外仪器) 和 NIRCam(近红外相机)，该团队收集了有助于澄清蟹状星云历史的数据。



蟹状星云是一颗大质量恒星死亡后 核心坍缩 超新星的产物。这颗超新星爆炸本身于公元 1054 年在地球上观测到，亮度足以在白天看到。今天观测到的暗淡得多的残留物是膨胀的气体和尘埃外壳，以及由脉冲星(一颗快速旋转且高度磁化的 中子星)驱动的外流风。

蟹状星云也极为不寻常。它非典型的成分和极低的爆炸能量以前曾被解释为电子俘获超新星——这是一种罕见的爆炸类型，它起源于一颗核心不太发达的恒星，由氧、氖和镁组成，而不是更典型的铁核。

“现在韦伯数据拓宽了可能的解释，”新泽西州普林斯顿大学这项研究的主要作者 Tea Temim 说。“气体的成分不再需要电子捕获爆炸，也可以通过弱铁核坍缩超新星来解释。”

研究现在以了解过去

过去的研究工作根据目前喷出物的数量和速度计算了爆炸的总动能。天文学家推断，爆炸的性质是相对低能量的(不到正常超新星的十分之一)，前身恒星的质量在 8 到 10 个太阳质量之间——在经历剧烈超新星死亡的恒星和没有经历剧烈超新星死亡的恒星之间摇摆不定。

然而，电子俘获超新星理论与蟹状星云的观测结果存在矛盾，尤其是观测到的脉冲星的快速运动。近年来，天文学家对铁核坍缩超新星的认识也有所提高，现在他们认为，只要恒星质量足够低，这种类型的超新星也能产生低能爆炸。

韦伯测量结果与历史结果相符

为了降低围绕蟹状星云的前身恒星和爆炸性质的不确定性水平，由 Temim 领导的团队利用韦伯太空望远镜的光谱功能，集中研究了蟹状星云内部细丝内的两个区域。

理论预测，由于电子捕获型超新星核心的化学成分不同，镍铁 (Ni/Fe) 丰度比应该比太阳中测得的丰度比高得多(太阳含有来自前几代恒星的这些元素)。20 世纪 80 年代末和 90 年代初的研究使用光学和近红外数据测量了蟹状星云中的 Ni/Fe 丰度比，并注意到较高的 Ni/Fe 丰度比似乎有利于电子捕获型超新星情景。

韦伯望远镜拥有灵敏的红外能力，目前正在推进蟹状星云的研究。该团队利用 MIRI 的光谱能力测量镍和铁的 发射线，从而更可靠地估计了镍/铁丰度比。他们发现，与太阳相比，这一比率仍然较高，但与之前的估计相比，这一比率只是略有升高，而且要低得多。

修正值与电子俘获一致，但不排除类似低质量恒星发生铁核坍缩爆炸的可能性。(预计来自更高质量恒星的高能爆炸将产生更接近太阳丰度的比率。)需要进一步的观察和理论工作来区分这两种可能性。

“目前，韦伯太空望远镜的光谱数据覆盖了蟹状星云的两个小区域，因此对蟹状星云残骸进行更多的研究并确定任何空间变化非常重要，”华盛顿海军研究实验室的马丁·拉明 (Martin Laming) 说道，他是该论文的合著者。“如果我们能确定其他元素(如钴或锗)的发射线，那将很有趣。”

绘制螃蟹的当前状态

除了从蟹状星云内部的两个小区域提取光谱数据来测量丰度比之外，该望远镜还观察了残余物的更广阔环境，以了解 同步加速器发射 和尘埃分布的细节。

MIRI 收集的图像和数据使团队能够首次分离出蟹状星云内部的尘埃排放，并绘制出高分辨率的图像。通过利用韦伯空间望远镜绘制温暖尘埃排放的图像，甚至结合 赫歇尔太空天文台 关于较冷尘埃颗粒的数据，团队绘制出了一幅完整的尘埃分布图：最外层的细丝包含相对较热的尘埃，而较冷的颗粒则主要分布在中心附近。

“蟹状星云中尘埃的位置很有趣，因为它与其他超新星遗迹不同，比如 仙后座 A 和 超新星 1987A，”亚利桑那大学斯图尔德天文台的 Nathan Smith 说道，他是这篇论文的合著者。“在那些物体中，尘埃位于正中央。而在蟹状星云中，尘埃位于外壳的密集细丝中。蟹状星云符合天文学的一个传统：距离我们最近、最明亮、研究最深入的物体往往是奇异的。”

该研究结果已被《天体物理学杂志快报》接受发表 。