一颗失踪的中子星可能在30年搜寻后被发现

天文学家表示,他们探测到了人们长期寻找的相对较近的超新星遗迹

哈勃太空望远镜图像中看到的超新星1987a的火环和喷射物(中心),位于大麦哲伦星云中,可能隐藏着一颗中子星。

30年来,科学家们一直在最近历史上最著名的超新星炙热的灰烬中寻找难以捉摸的猎物。1987年2月23日,天文学家敬畏地注视着附近星系中的一颗恒星爆炸,这是过去400年中已知的最近一次超新星爆发。世界各地的观星者立即将望远镜对准这颗垂死恒星的方向,期望看到一个新物体——一颗中子星——在超新星爆发的尾迹中诞生。但是,早期的搜索毫无结果,随后的几十年也是如此,这让专家们感到失望和困惑。然而,现在,一些观测者表示,他们已经发现了“失踪”中子星的明显证据,它潜伏在仍在冷却的恒星碎片中,这为科学家们提供了一个可能是千载难逢的机会,可以近距离、以惊人的细节研究恒星灾难性消亡之前和之后的瞬间。

在一篇发表在天体物理学杂志上的论文中,由英国卡迪夫大学的菲尔·西甘领导的团队,穿透尘埃瞥见了该物体。研究超新星SN 1987A 的主要障碍之一是它留下了一层巨大的尘埃面纱,大约是我们太阳质量的一半,遮蔽了恒星曾经存在的位置。但是,通过分析阿塔卡玛大型毫米/亚毫米阵列(ALMA)在智利于 2015 年收集的档案数据,该团队发现了来自这些尘埃的辐射,表明内部隐藏着某些东西。“我们能够看到有一个小小的明亮区域,一小块尘埃,它的温度比周围的东西高,”西甘说。“而这恰好与我们认为中子星应该在的位置对齐。”

SN 1987A 位于距离地球 163,000 光年的大麦哲伦星云矮星系中——这是一个天文距离上的咫尺之遥——是一颗核心坍缩超新星。当一颗恒星耗尽其核燃料后,在其自身重量的作用下坍缩时,就会发生这种情况——这个过程会产生巨大的冲击波,因为骤降的物质堆积并向外反弹。这场灾难的最终结果是已知密度最高的天体物理物体:一颗将几个太阳质量挤压成城市大小的球体的中子星,或者更极端的东西,一个黑洞。在这个残骸周围,喷射出的物质膨胀成扭曲、壮丽的丝状物和片状物。SN 1987A 也不例外,明亮而美丽的偏心尘埃环被涟漪状的冲击波照亮。


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虽然天文学家之前已经研究过许多超新星,但 SN 1987A 因其近距离而独一无二。 在这次爆炸之前,专家们从未如此详细地观察过超新星的母星;甚至在它出名之前,天文学家就知道它大约是我们太阳质量的 20 倍,这个大小理论上会导致中子星的形成。如果天文学家能够找到这个残骸,这将是他们第一次直接瞥见超新星爆发前后瞬间,印第安纳州普渡大学的丹尼·米利萨夫列维奇说,这将使对这些事件的研究比以往任何时候都更加详细。“我们有一个卡通式的概念,即一颗恒星经历核聚变的连续阶段,核心坍缩成中子星,并且有一个反弹冲击波穿过恒星的外层包层,”他说。“但是那里有很多我们不理解的细节。”

天文学家长期以来一直怀疑 SN 1987A 在诺贝尔奖获奖发现来自超新星的中微子——不带电且质量非常小的亚原子粒子——与其光到达地球的同一天到达地球之后,留下了一颗中子星。然而,尽管尽力使用世界上最好的望远镜观测该物体,但仍未直接探测到它,这让一些人怀疑超新星的理论模型是否错误,以及是否发生了其他过程。“有人建议它可能变成了黑洞,”卡迪夫大学的米卡科·松浦说,他是这篇论文的合著者。“关于我们为什么找不到中子星,有很多讨论。”

然而,在某些方面,这种“探测”仍然像 SN 1987A 笼罩的裹尸布一样模糊不清。由于无法直接看到中子星在其茧状气体团内部,该团队将其昵称为“斑点”,没有人可以毫无疑问地证明它在那里,而不仅仅是由特别密集的尘埃集合产生的海市蜃楼。为了确定,天文学家希望在未来几年和几十年内,尘埃将开始消散,让他们真正第一次窥视内部,但即使这仍然不确定。“有证据表明尘埃在中心形成,”哈佛大学的罗伯特·基什纳说,他有使用哈勃望远镜在 2020 年再次观测 SN 1987A 的时间。“我们预计它会消散,但可能这不是唯一的可能性。可能是尘埃将继续形成并继续遮蔽我们的视线。”

然而,显而易见的是,对这颗超新星的迷恋不太可能很快消退。天文学家现在掌握了迄今为止关于那里存在中子星的最佳证据,他们将认真地进行观测,希望在这个浩瀚的宇宙剧院的前排观察超新星爆发的余波。“我们每年都会看到许多超新星爆发,但通常它们都离我们更远,”西甘说。“这真的是我们能够实时看到的唯一超新星。”

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