恒星演化和歸宿與其質量密切相關,恒星質量一般以太陽質量作為標尺,太陽質量約為2*10^30kg。現代宇宙標準模型認為,中大恒星演化晚期會發生超新星爆發,最終在核心留下一個致密的天體。
像太陽這樣質量的恒星在宇宙中只能算偏小的恒星,演化末期不會發生超新星爆發,核心會坍縮成一顆白矮星。太陽質量8倍以上的恒星死亡時才會發生超新星爆發,太陽質量30倍以下的恒星,超新星爆發后有可能在核心留下一顆中子星;而太陽質量30倍以上的恒星則可能會留下一顆黑洞。
白矮星、中子星、黑洞都是高致密天體,而且一個比一個更小,質量更大,因此密度也越來越高。白矮星體積只有地球大小,質量卻有太陽的0.5~1.4倍,密度每立方厘米可達1~10噸;中子星直徑只有10~30公里,密度每立方厘米高達驚人1~10億噸;黑洞核心是一個無限小的奇點,因此密度無限大,剛生成的種子黑洞質量約為太陽的3~10倍。
最早,這些都是根據引力場論得出的理論猜想,隨著太空觀測水平的提升,發現白矮星、中子星、黑洞等奇異天體在宇宙中真實存在,而且發現得越來越多,是一種普遍存在的天體。但這些天體是真的超新星大爆發后出現的嗎,一直沒有證據。
最近,迄今最厲害的韋伯望遠鏡與其前輩哈勃望遠鏡通過對超新星1987A的觀測,并將觀測照片和數據結合起來,解開了這個歷史上最負盛名的超新星核心謎團,證實了其中心的確有一顆中子星。
超新星1987A是發生在大麥哲倫星云中心的一次爆發,大麥哲倫星云是銀河系的一個衛星星系,距離我們約16萬光年。也就是說,這顆超新星爆炸的光芒經過16萬年的傳播,于1987年2月到達了地球,被望遠鏡所捕捉。
這是自1604年以來,人類觀測到距離我們最近和最亮的一顆超新星。37年來,科學家們一直鍥而不舍的研究著這顆超新星,但無法弄清核心是不是存在一個致密天體。根據觀測到的中微子波,表明其可能產生了一顆中子星,直徑約為20公里,但僅憑這些線索難以得出可靠結論,各種可能性一直在討論中。
迄今最牛的太空望遠鏡詹姆斯·韋伯于2021年發射升空,讓人類的觀測手段又得到了很大提升,對宇宙深空的新發現不斷給人們帶來驚喜,也為研究1987A超新星增添了籌碼。韋伯望遠鏡可以觀測不同波段的電磁波,且具有比前輩們更高的分辨率,2022年7月,韋伯望遠鏡對準1987A觀測了9個小時,就有了突破性的發現。
韋伯望遠鏡觀測發現了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,是這些原子被中子星輻射電離的證據,因此可以視為中子星存在的“指紋”,由此可以認定,這是在超新星1987A的核心存在著一顆中子星迄今為止最有力的證據。
中子星由于太小,形象地說,只相當我們地球上一個中小城市,在太空中就是一粒塵埃,迄今發現距離地球最近的中子星都有數百光年,因此迄今為止都無法直接觀測到。但魷魚板中子星有其獨特的特性,特別是其強大的電磁輻射會像燈塔一樣掃射著太空,當其掃過地球時就會被射電望遠鏡所捕捉,由此已經有數千顆中子星被發現。
超新星爆發后,核心會被塵埃所遮擋,因此一般的望遠鏡很難看到核心的情況。韋伯望遠鏡的紅外波段觀測,可以穿透迷霧看到真相,因此才解開了科學家們幾十年的觀測謎底。愛爾蘭梅努斯大學的天體物理學家Patrick Kavanagh說:“這是自爆發以來一直在尋找的東西,現在我們找到了”。
這項研究被刊登在世界著名期刊《科學》雜志上,斯德哥爾摩KTH皇家理工學院的天體物理學家、研究團隊的Josefin Larsson說:“數據質量非常高,比我想象的要好許多”;另一位天體物理學家Mikako Matsuura則說:“JWST(韋伯望遠鏡)真的是一個了不起的望遠鏡,可以提供這樣的發現”。
這次發現的意義非常重大,它證明了真正的科學理論是能夠經得起實踐和時間的檢驗的。茫茫宇宙,浩瀚星空,蘊藏著無數的奇觀和秘密,科學理論還預言了許多尚沒有證實的東西,如白洞、蟲洞等等。
當然,這次發現的證據依然是間接的,迄今任何望遠鏡并沒有看到1987A核心中子星的真正樣子。但隨著超新星的繼續膨脹,阻擋核心的塵埃會越來越稀薄和消散,科學家們確信,核心的中子星終究會暴露出來,觀測得到的線索就會越來越多,讓我們期待。
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