天文学家终于在SN1987A超新星残骸找到中子星

自1987年2月24日大麦哲伦星系里的SN1987A超新星爆炸后,作为四百年来首次肉眼可见的超新星,科学家对其很感兴趣,使它成为拥有最多研究的天体之一,其中包括寻找爆炸后留下的中子星

当质量大的恒星燃烧完核心的氢后,核心将塌缩反弹并把外层吹往太空。塌缩的核心将变成拥有极高密度的中子星,中子星是由中子致密堆积所形成(约原子核的密度),假如把太阳压成一颗中子星大约仅16公里。

脉冲星是高速自转并带有强磁场的中子星,具有光束并随中子星自转如灯塔般扫过天空,假如朝向地球时可观测到短的脉冲。有些脉冲星表面会吹出物质(带电粒子),其速度甚至趋近于光速,当带电粒子和磁场作用将形成结构复杂的脉冲星风星云。

左图是根据钱德拉太空望远镜的观测资料,对SN1987A超新星碎片撞击周围环状物质的3D模拟。右图是艺术家绘制的脉冲星风星云。脉冲星是高速旋转并具有强磁场的中子星,其吹出的粒子和强磁场作用形成脉冲星风星云。
左图是根据钱德拉太空望远镜的观测资料,对SN1987A超新星碎片撞击周围环状物质的3D模拟。右图是艺术家绘制的脉冲星风星云。脉冲星是高速旋转并具有强磁场的中子星,其吹出的粒子和强磁场作用形成脉冲星风星云。

使用钱德拉太空望远镜和核分光望远镜阵列,团队发现因SN1987A的碎片撞击周围物质而产生的相对低能量的X射线。此外因核分光望远镜阵列可侦测到更多相对高能量的X射线,借此团队亦发现高能量粒子存在SN1987A的证据。

此相对高能量的X射线来源有两个可能,其一是高能量的脉冲星风星云,另一是爆炸波把粒子加速到高能量,后者不一定需要脉冲星存在,且可在离爆炸中心较远处出现。

但此相对高能量的X射线资料,无法完全用爆炸波来解释,因而提高脉冲星风星云(中子星)存在的可能性。由于在2012到2014年间,科学家观测此X射线亮度皆差不多,但是于澳大利亚望远镜致密阵列观测到的电波信号强度却增强,这和爆炸波机制预期的结果不吻合。估计依靠爆炸波把电子加速到如核分光望远镜阵列观测的高能量,需要花上400年,较超新星残骸的年纪大上10倍。

搭配Chandra和核分光望远镜阵列的观测与2020年ALMA的在毫米波段观测结果,亦可为脉冲星星云存在提供证据。

因在SN1987A的中心布满灰尘和气体,遮挡其发出的光线。作者利用模拟了解物质对不同波长的X射线的吸收,从而反推原始发出的光谱。并预测数年后这些物质将散开,较不易遮挡光线,估计再过10年左右将可直接观测到脉冲星发出的光,揭露中子星的存在。

天文学家一直在猜测是否时间不足使中子星形成,抑或形成的是黑洞而不是中子星,SN1987A爆炸后留下的天体数十年来一直是未知谜团,而今新的观测提供更多信息帮助了解。还需更多的观测资料来支持脉冲星风星云的存在。假如之后观测到无线电波的增强,伴随着相对高能的X射线减弱,将更能支持中子星的存在。

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