34年了,這顆17萬光年外的超新星,終於被我們找到了

1987年2月24日,在距離地球17萬光年的大麥哲倫星系,突然出現了一個明亮的光點。科學家們十分興奮,這是最近400多年時間裡第一顆肉眼可見的超新星,也是人類利用望遠鏡觀測宇宙以來的第一顆超新星,它就是SN 1987A。

全世界的望遠鏡都對準了它。儘管沒有辦法捕捉到第一現場,但是科學家們仍然可以嘗試觀測超新星遺蹟形成的過程,以及爆發後形成的新天體。根據現有理論,這裡應該有一顆中子星。

34年了,這顆17萬光年外的超新星,終於被我們找到了

奇怪的是,儘管超新星遺蹟不斷地膨脹,科學家們卻始終沒有找到其中的中子星,彷彿它灰飛煙滅了一般。

來自義大利巴勒莫大學的天文學家Emanuele Greco表示:“34年了,在此期間天文學家們始終致力於對SN 1987A的碎片進行篩查,希望能夠找到我們認為殘留在那裡的中子星。此前已經有過很多線索,但最終它們指向的都是死衚衕。不過我們相信,最近這一次的研究成果將改變這一切。”

根據現有的理論,當恆星爆發為超新星時,核心會迅速坍縮,形成一顆緻密的中子星(也可能是黑洞)。中子星的密度非常驚人,超過太陽1。4倍的質量被壓縮到僅僅10公里的星體內,以至於每立方厘米的物質就重達1億噸!

34年了,這顆17萬光年外的超新星,終於被我們找到了

在中子星中,還有一類非常特殊,它們擁有著極高的自轉速度,並且被高度磁化,這也就是所謂的脈衝星。脈衝星可以向宇宙中發射出強大的脈衝訊號,這種訊號隨著脈衝星的自轉而旋轉,因此脈衝星又被稱為宇宙中的燈塔。有時候,脈衝星還會從表面吹出強大的風,其速度甚至可以接近光速,這種伴隨著高能帶電粒子和強大磁場的風,又被稱為脈衝風星雲。

不論是普通的中子星還是極速自轉的脈衝星,都是宇宙中非常極端的天體,科學家們在實驗室是無法制造的,因此只能在宇宙中進行尋找和研究。而SN 1987A的爆發,意味著這裡極有可能存在著迄今為止人類發現的最年輕中子星,因此科學家們想不關注都難。

可問題在於,它在哪呢?

最近,憑藉著世界上最強大的幾臺望遠鏡的聯合工作——錢德拉X射線望遠鏡、核光譜望遠鏡陣列(NuSTAR)以及阿塔卡馬大型毫米波/亞毫米波陣列(ALMA)的強強聯手,科學家們似乎終於找到了這顆躲在黑暗處的中子星。

在錢德拉和NuSTAR的資料中,Greco的團隊發現了SN 1987A爆發出來的物質與周圍物質碰撞時產生的低能X射線,並且利用NuSTAR檢測到了高能X射線。這令他們非常興奮,因為這種高能X射線很有可能就是脈衝風星雲的證據,也就是脈衝星的證據。

不過,高能X射線也可能有別的來源,那就是被衝擊波加速到高能的粒子,而這是不需要脈衝星存在的。因此,研究人員需要排除這個可能,或者找到更多脈衝風星雲的證據。

根據科學家們在2012年到2014年的觀測,這裡的高能X射線始終保持著穩定的亮度,同時澳大利亞望遠鏡緻密陣列觀測到的無線電發射有所增加,這明顯是不符合衝擊波加速粒子的模型。

34年了,這顆17萬光年外的超新星,終於被我們找到了

而且NuSTAR觀測到電子的最高能量,如果是通過沖擊波加速的話,理論上需要400年的時間,而SN 1987A形成了僅僅34年,也是不符合衝擊波的模型的。總之,衝擊波的可能性基本被排除了。

可是,長期沒有觀測到這裡應該存在的脈衝星,是否意味著還有另一種可能呢?

同樣來自巴勒莫大學的天文學家Marco Miceli介紹:“天文學家們也一直有一個好奇,它是否沒有足夠的時間變成脈衝星,甚至是直接形成了一個黑洞。數十年以來,這始終是個懸而未決的謎題。”接下來,他又說道:“值得慶幸的是,我們已經給這個結果帶來了新的訊息。”

34年了,這顆17萬光年外的超新星,終於被我們找到了

不僅如此,科學家們在2020年利用ALMA對SN 1987A進行觀測時,在毫米波段也發現了脈衝風星雲可能存在的證據,與錢德拉以及NuSTAR的觀測結果相互呼應。兩個波段的觀測雖然都有其他解釋,但在脈衝風星雲這種可能性的重合,更加提高了這個可能性,讓科學家們相信這裡存在著一顆脈衝星。

對於天文學家們來說,SN 1987A具有著非常重要的意義,它可以帶我們觀測到中子星最早期的演化歷程,著非常重要。

來自於義大利國家天體物理學研究所(INAF)巴勒莫天文臺的天文學家Salvatore Orlando也參與了本次研究,他告訴我們:“從一顆中子星剛剛出生開始就進行觀測,是前所未有的嘗試,這或將成為一生之中都難得一遇的對脈衝星嬰兒進行研究的絕佳機會!”

34年了,這顆17萬光年外的超新星,終於被我們找到了

目前來說,SN 1987A的最核心區域仍然被濃密的氣體和塵埃所包裹,因此科學家們仍然不能看到其中脈衝星的本體,只能透過計算機模擬的方式來推測這些物質在不同的能量情況下是怎樣吸收X射線的,藉此來更好地分析X射線光譜所暗示的資訊,進而推測出核心區域內有怎樣的光譜。

不過,研究人員也指出:他們觀測到的高能X射線到底是不是來自於脈衝風星雲,目前還有待驗證。如果接下來的觀測中科學家能夠發現高能X射線伴隨著射電波一同增加,那麼將是對脈衝風星雲的一種挑戰;反之,如果高能X射線是減少的,那麼將印證科學家的觀點,也就意味著我們極有可能真的發現了這顆脈衝星。

34年了,這顆17萬光年外的超新星,終於被我們找到了

另外,大約在10年以後,我們可能就會獲得直接觀測到脈衝星的機會。隨著超新星爆發的物質逐漸消散到宇宙空間,它們對於脈衝訊號的遮擋作用逐漸褪去,也將讓我們有機會看到這顆猶抱琵琶半遮面的中子星。

一顆脈衝星如何從嬰兒時期逐漸成熟、一直在宇宙中流浪下去,這個謎題或將在10年內逐漸揭曉。

頂部