一顆恆星一旦誕生，便開始與引力展開鬥爭。一顆燃燒的恆星不斷釋放出足夠的能量來對抗引力的向內壓力。但一旦燃料耗盡，引力便會勝出：恆星發生內爆，其大部分質量變成中子星（一種城市大小的超高密度天體）或黑洞。剩餘部分則向外爆炸，像子彈一樣飛向太空。
天文學家最近透過訓練 詹姆斯·韋伯太空望遠鏡 (JWST) 對準年輕的 超新星 遺蹟 仙后座A，捕捉到了這場暴力事件的新影像。其爆炸的光芒大約在350年前，艾薩克·牛頓時代左右到達地球。“這個特殊的天體非常重要，因為它相對較近且年輕，所以你看到的是恆星如何爆炸的凍結時間畫面，”達特茅斯學院天文學家羅伯特·A·費森說。
幾十年來，天文學家一直在研究這個附近的奇觀，但 JWST 的觀測比以往任何天文臺都更近。“韋伯影像真的令人驚歎，”費森說，他領導了第一個使用哈勃太空望遠鏡研究仙后座A的團隊。哈勃主要在光學光（人眼可見的波長範圍）中觀測，而 JWST 則捕捉更長波長的紅外光，並且它使用更大的反射鏡以更高的解析度捕捉影像。
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最近的照片正在幫助科學家解答他們最緊迫的 關於超新星的問題，例如哪些型別的恆星以何種方式爆炸，以及這些爆發究竟是如何展開的。“在理解這種爆炸如何發生的過程中，存在著許多複雜但美麗的物理學，”普渡大學天文學家丹尼·米利薩夫列維奇說，他領導了 JWST 影像背後的團隊。
恆星最初在其聚變爐中將氫燃燒成氦。當氫耗盡時，它們融合氦以製造碳，然後融合碳以製造氖，依此類推，直到它們到達鐵，融合鐵所需的能量超過了它釋放的能量。此時，恆星開始在引力作用下坍縮，其物質向內塌陷，直到其原子內部的大部分質子和電子被擠壓在一起形成中子。最終，中子無法進一步坍縮——它們變成中子星，其中的粒子經歷如此極端的壓力，以至於它們觸發了排斥衝擊波。（只有質量最大的恆星才會以超新星結束其生命。例如，太陽將逐漸衰變成白矮星。）
天文學家仍然無法完全解釋超新星的爆炸威力。“人們認為，當中子星形成時產生的這種反彈衝擊可能會使恆星爆炸，”米利薩夫列維奇說。“但是，在世界上最快的計算機上進行了數十年的模擬表明，反彈衝擊不足以克服想要塌陷的上方巨大層。” 目前，超新星爆炸的核心驅動因素仍然是一個謎。研究人員懷疑答案與中微子有關，中微子是幾乎沒有質量的粒子，傾向於不受阻礙地穿過物質。也許在恆星核心的極端溫度和密度下，一些中微子的能量用於恢復衝擊。但還需要更多的觀測來驗證這個想法。
關於仙后座A，JWST 的發現之一是爆炸期間從其恆星中逸出的氣體層。這些 JWST 影像顯示了氣體在與恆星外部物質相互作用之前，以及在被恆星爆發期間釋放的衝擊波反射加熱之前的情況。來自超新星的這種原始噴射物顯示出網狀結構，為恆星爆炸前的狀態提供了線索。“JWST 基本上給了我們一張該物質結構圖，”普林斯頓大學天文學家蒂亞·泰米姆說，他參與了 JWST 影像的合作。“這告訴我們物質在超新星爆發前是如何分佈的。我們以前從未見過這樣的東西。”
這項調查還揭示了仙后座A的一個意外特徵，科學家將其命名為“綠色怪物”。天文學家認為，這層氣體是恆星在爆炸之前噴射出來的。“綠色怪物是一個令人興奮的驚喜，”泰米姆說。科學家們對超新星殘骸飛入綠色怪物中的物質時會發生什麼感興趣。“這很重要，”泰米姆說，“因為當我們觀察河外超新星時，它們的光線很大程度上受到周圍物質的影響。”
破譯超新星的細節甚至可以幫助我們理解地球及其生命是如何產生的。恆星創造了生命所需的比氫和氦更重的元素。它們的生命終結爆發 將這些元素噴射到太空，為星系播撒形成新恆星和行星的原材料。“作為宇宙的公民，理解這個使我們在宇宙中佔據一席之地的基本過程非常重要，”米利薩夫列維奇說。
天文學家將繼續研究仙后座A，儘管他們的成功使他們渴望將 JWST 的目光轉向我們星系中其他大約 400 個已識別的超新星遺蹟。獲得更大的樣本將幫助研究人員將遺蹟外觀和演化的差異與產生它們的恆星之間的差異聯絡起來。
天體爆竹
NASA/CXC/SAO（X射線）；NASA/ESA/STScI（光學）；NASA/ESA/CSA/STScI/D. Milisavljevic et al., NASA/JPL/Caltech（紅外）；NASA/CXC/SAO/J. Schmidt 和 K. Arcand（影像處理）
仙后座A是已知離地球最近的年輕超新星爆發的遺蹟，那次爆發發生在約350年前。來自詹姆斯·韋伯太空望遠鏡 (JWST) 的最新資料與哈勃太空望遠鏡、錢德拉X射線天文臺和斯皮策太空望遠鏡的早期觀測結果相結合，在這張影像中比以往任何時候都更清晰地揭示了仙后座A。
哈勃的重大進步
NASA, ESA 和 哈勃遺產 (STScI/AURA)-ESA/哈勃合作專案。鳴謝：羅伯特·A·費森/達特茅斯學院和詹姆斯·朗/ESA/哈勃
在 JWST 影像之前，哈勃對仙后座A的觀測是革命性的。在2006年拍攝的照片中，哈勃將地面觀測的解析度提高了10倍。在此過程中，它能夠分辨出在超新星爆發期間噴射出的物質團塊，這些團塊的行進速度令人震驚，介於每秒 8,000 到 10,000 公里之間。“爆炸極其猛烈，”費森說。“恆星的外層似乎破碎成氣體團塊，幾乎就像恆星破碎成成千上萬塊碎片。” 費森說，科學家們沒有意識到爆炸會產生如此多的團塊。“大自然必須向我們展示恆星實際上會這樣做。”
JWST 的視角
NASA, ESA, CSA, 丹尼·米利薩夫列維奇/普渡大學, 蒂亞·泰米姆/普林斯頓大學, 伊爾斯·德盧茲/根特大學；約瑟夫·德帕斯誇萊/STScI（影像處理）
JWST 是有史以來最強大的望遠鏡，它拍攝的仙后座A肖像顯示了前所未有的細節。該天文臺的中紅外儀器 (MIRI) 捕捉到各種波段的紅外光，這些紅外光已在此圖中轉換為相應的可見光顏色。影像頂部和左側的橙色和紅色流動顯示了爆炸恆星的物質撞擊周圍區域的氣體和塵埃的位置。在這個外殼內部是爆炸期間釋放的明亮的粉紅色細絲。朝向中心左側的深紅色網路代表來自爆炸的原始結構，可能包含有關恆星爆炸前狀態的線索。
綠色怪物
NASA/ESA JWST, 丹尼·米利薩夫列維奇/普渡大學, 蒂亞·泰米姆/普林斯頓大學, 伊爾斯·德盧茲/根特大學 和 HST, R. 費森/達特茅斯學院；J. Schmidt（影像處理）
放大 JWST 影像會發現一個驚喜——一個綠色的氣泡，科學家們以波士頓芬威球場的一面綠牆將其稱為“綠色怪物”。這個斑點是由恆星在爆裂之前丟擲的氣體層組成的。“它看起來很奇怪，並且具有這種奇異的環和細絲分佈，”米利薩夫列維奇說。“編碼在這個謎題中的是關於恆星在爆炸前如何釋放質量的資訊。”
綠色怪物中明顯的孔洞似乎提供了費森和他的團隊用哈勃觀測到的噴射物團塊的證據。“來自 JWST 的影像顯示了小孔，幾乎像彈孔，幾乎是完美的圓形，”他說。科學家們認為，快速移動的超新星物質團塊像彈片一樣穿透周圍的氣體片，從而形成孔洞。孔洞的大小揭示了團塊的巨大尺寸——大約 500 個天文單位（地球和太陽之間的距離）。“當這些團塊在太空中航行時，它們已經膨脹到比太陽系還大，”費森說。
晶瑩剔透
NASA, ESA, CSA, STScI, 丹尼·米利薩夫列維奇（普渡大學）, 伊爾斯·德盧茲（根特大學）, 蒂亞·泰米姆（普林斯頓大學）
另一個 JWST 儀器，近紅外相機 (NIRCam)，以比 MIRI 更短波長的光展示了仙后座A。“NIRCam 的優勢在於解析度，”米利薩夫列維奇說。“當你像這樣放大時，它令人震驚。我將用我的餘生來嘗試理解這些尺度上的超新星。” 他希望利用這些資料來理解爆炸的衝擊波是如何塑造它遇到的氣體的，以及超新星物質可以變得多麼密集，從而收集有關災難如何展開的線索。