一顆失蹤的中子星可能在30年搜尋後被發現

天文學家表示,他們探測到了人們長期尋找的相對較近的超新星遺蹟

哈勃太空望遠鏡影像中看到的超新星1987a的火環和噴射物(中心),位於大麥哲倫星雲中,可能隱藏著一顆中子星。

30年來,科學家們一直在最近歷史上最著名的超新星炙熱的灰燼中尋找難以捉摸的獵物。1987年2月23日,天文學家敬畏地注視著附近星系中的一顆恆星爆炸,這是過去400年中已知的最近一次超新星爆發。世界各地的觀星者立即將望遠鏡對準這顆垂死恆星的方向,期望看到一個新物體——一顆中子星——在超新星爆發的尾跡中誕生。但是,早期的搜尋毫無結果,隨後的幾十年也是如此,這讓專家們感到失望和困惑。然而,現在,一些觀測者表示,他們已經發現了“失蹤”中子星的明顯證據,它潛伏在仍在冷卻的恆星碎片中,這為科學家們提供了一個可能是千載難逢的機會,可以近距離、以驚人的細節研究恆星災難性消亡之前和之後的瞬間。

在一篇發表在天體物理學雜誌上的論文中,由英國卡迪夫大學的菲爾·西甘領導的團隊,穿透塵埃瞥見了該物體。研究超新星SN 1987A 的主要障礙之一是它留下了一層巨大的塵埃面紗,大約是我們太陽質量的一半,遮蔽了恆星曾經存在的位置。但是,透過分析阿塔卡瑪大型毫米/亞毫米陣列(ALMA)在智利於 2015 年收集的檔案資料,該團隊發現了來自這些塵埃的輻射,表明內部隱藏著某些東西。“我們能夠看到有一個小小的明亮區域,一小塊塵埃,它的溫度比周圍的東西高,”西甘說。“而這恰好與我們認為中子星應該在的位置對齊。”

SN 1987A 位於距離地球 163,000 光年的大麥哲倫星雲矮星系中——這是一個天文距離上的咫尺之遙——是一顆核心坍縮超新星。當一顆恆星耗盡其核燃料後,在其自身重量的作用下坍縮時,就會發生這種情況——這個過程會產生巨大的衝擊波,因為驟降的物質堆積並向外反彈。這場災難的最終結果是已知密度最高的天體物理物體:一顆將幾個太陽質量擠壓成城市大小的球體的中子星,或者更極端的東西,一個黑洞。在這個殘骸周圍,噴射出的物質膨脹成扭曲、壯麗的絲狀物和片狀物。SN 1987A 也不例外,明亮而美麗的偏心塵埃環被漣漪狀的衝擊波照亮。


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雖然天文學家之前已經研究過許多超新星,但 SN 1987A 因其近距離而獨一無二。 在這次爆炸之前,專家們從未如此詳細地觀察過超新星的母星;甚至在它出名之前,天文學家就知道它大約是我們太陽質量的 20 倍,這個大小理論上會導致中子星的形成。如果天文學家能夠找到這個殘骸,這將是他們第一次直接瞥見超新星爆發前後瞬間,印第安納州普渡大學的丹尼·米利薩夫列維奇說,這將使對這些事件的研究比以往任何時候都更加詳細。“我們有一個卡通式的概念,即一顆恆星經歷核聚變的連續階段,核心坍縮成中子星,並且有一個反彈衝擊波穿過恆星的外層包層,”他說。“但是那裡有很多我們不理解的細節。”

天文學家長期以來一直懷疑 SN 1987A 在諾貝爾獎獲獎發現來自超新星的中微子——不帶電且質量非常小的亞原子粒子——與其光到達地球的同一天到達地球之後,留下了一顆中子星。然而,儘管盡力使用世界上最好的望遠鏡觀測該物體,但仍未直接探測到它,這讓一些人懷疑超新星的理論模型是否錯誤,以及是否發生了其他過程。“有人建議它可能變成了黑洞,”卡迪夫大學的米卡科·松浦說,他是這篇論文的合著者。“關於我們為什麼找不到中子星,有很多討論。”

然而,在某些方面,這種“探測”仍然像 SN 1987A 籠罩的裹屍布一樣模糊不清。由於無法直接看到中子星在其繭狀氣體團內部,該團隊將其暱稱為“斑點”,沒有人可以毫無疑問地證明它在那裡,而不僅僅是由特別密集的塵埃集合產生的海市蜃樓。為了確定,天文學家希望在未來幾年和幾十年內,塵埃將開始消散,讓他們真正第一次窺視內部,但即使這仍然不確定。“有證據表明塵埃在中心形成,”哈佛大學的羅伯特·基什納說,他有使用哈勃望遠鏡在 2020 年再次觀測 SN 1987A 的時間。“我們預計它會消散,但可能這不是唯一的可能性。可能是塵埃將繼續形成並繼續遮蔽我們的視線。”

然而,顯而易見的是,對這顆超新星的迷戀不太可能很快消退。天文學家現在掌握了迄今為止關於那裡存在中子星的最佳證據,他們將認真地進行觀測,希望在這個浩瀚的宇宙劇院的前排觀察超新星爆發的餘波。“我們每年都會看到許多超新星爆發,但通常它們都離我們更遠,”西甘說。“這真的是我們能夠即時看到的唯一超新星。”

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