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1987年，人們(men) 有幸得以目睹一場真正的宇宙奇觀：在距離我們(men) 大約16萬(wan) 光年之外的大麥哲倫(lun) 星雲(yun) 中，一顆恒星爆炸，產(chan) 生了肉眼可見的超新星。這個(ge) 超新星被命名為(wei) SN 1987A。一直以來，天文學家都知道，在SN 1987A的最核心，是由恒星坍縮形成的致密天體(ti) ；但他們(men) 無法確定的是，這個(ge) 致密天體(ti) 究竟是什麽(me) 。

大麥哲倫(lun) 星雲(yun) 中的恒星在1987年2月23日爆炸前（右）和爆炸後（左）。圖：DavidMalin Anglo Australian Telescope

2024年2月22日，在《科學》雜誌上發表的一篇研究終於(yu) 為(wei) 我們(men) 揭開了這個(ge) 困擾天文學家30多年的謎題。那麽(me) ，答案究竟是什麽(me) 呢？讓我們(men) 從(cong) 超新星開始說起。

在我們(men) 的可觀測宇宙中，至少有上千億(yi) 甚至上萬(wan) 億(yi) 個(ge) 星係，其中包含的恒星數量更是大得驚人，所以幾乎總有一顆恒星在宇宙的某個(ge) 地方爆炸了。在漫長的宇宙演化史中，超新星爆發是非常重要的，因為(wei) 它不僅(jin) 會(hui) 將生命所必需的元素散播到宇宙中去，同時也會(hui) 產(chan) 生超鐵元素。

目前，天文學家已經確認了幾種超新星類型。例如，在一個(ge) 由白矮星和普通恒星構成的雙星係統中，白矮星的引力會(hui) 吸引伴星的物質，當白矮星的質量增加到太陽質量的1.4倍時，就會(hui) 爆炸形成所謂的Ia型超新星。正是通過測量la型超新星的距離，天文學家發現了宇宙正在加速膨脹。

而SN 1987A則屬於(yu) “核心坍縮”超新星。在恒星一生中的大部分時間裏，其核心的核聚變反應產(chan) 生的向外壓力會(hui) 與(yu) 向內(nei) 的引力相抗衡，使恒星保持平衡。然而，一旦恒星的燃料耗盡，核聚變反應停止，這種平衡就會(hui) 被打破。這時，引力會(hui) 占據上風，恒星的核心就會(hui) 在引力作用下向內(nei) 坍縮。如果恒星的初始質量足夠大時，那麽(me) 它就會(hui) 爆炸形成超新星，其核心要麽(me) 坍縮形成中子星，要麽(me) 變成黑洞。

也就是說，在SN 1987A的中心留下的致密天體(ti) 要麽(me) 是中子星，要麽(me) 是黑洞。理論學家預測，那裏應該是一顆中子星，他們(men) 的部分依據是因為(wei) 在接收到爆炸產(chan) 生的可見光之前，地球上的儀(yi) 器檢測到了10秒長的中微子爆發；而如果坍縮成黑洞，則會(hui) 產(chan) 生持續時間更短的粒子爆發。

但一直以來，天文學家都無法找到確鑿的證據證明那就是一顆中子星。這其中的一個(ge) 重要原因是，在恒星爆炸後會(hui) 形成大量的塵埃，這些厚厚的塵埃會(hui) 阻擋來自中心的大部分可見光。而隻有像韋布空間望遠鏡這樣的紅外望遠鏡，才有可能幫助我們(men) 揭開隱藏在塵埃背後的秘密。這是因為(wei) 紅外光的波長更長，更容易穿過塵埃。

2022年7月16日，研究人員使用韋布空間望遠鏡上的兩(liang) 種儀(yi) 器，MIRI和NIRSpec，在紅外波長下對SN 1987A進行了觀測。最終，在這顆超新星遺跡的中心，他們(men) 發現了存在氬和硫原子的證據。氬和硫都是由大質量恒星深處的矽和氧的核聚變產(chan) 生的。研究人員發現氬和硫原子都被電離了，也就說它們(men) 的外層電子從(cong) 原子上被剝離了。為(wei) 了創造這些電離原子，就需要高能光子，而這些光子必須來自某個(ge) 地方。

這張圖結合了哈勃太空望遠鏡和韋布空間望遠鏡的NIRSpec儀(yi) 器的數據。中心的微弱藍色光源是由NIRSpec儀(yi) 器探測到的高度電離的氬。圖：HST,JWST/NIRSpec, J. Larsson

在論文中，研究人員討論了可能電離氬和硫的種種可能性後，最終發現有兩(liang) 種方式被認為(wei) 是最有可能的。一種是，SN 1987A遺跡的中心可能是一顆脈衝(chong) 星，也就是快速旋轉的中子星。脈衝(chong) 星會(hui) 像燈塔一樣從(cong) 兩(liang) 極噴出輻射束和帶電粒子，其強大的磁場會(hui) 將帶電粒子加速到接近光的速度並向外發射，從(cong) 而可能與(yu) 周圍的超新星物質相互作用，導致電離的發生。另一種是，熾熱的中子星表麵會(hui) 發出明亮的紫外線和X射線，足以電離附近的氬和硫原子。

目前，研究人員還無法確認這兩(liang) 個(ge) 可能性哪個(ge) 是對的，但無論是哪種情況，韋布空間望遠鏡的新觀測都為(wei) 證明SN 1987A的中心是一顆中子星提供了令人信服的證據。

未來，研究人員計劃使用韋布空間望遠鏡和其他地麵望遠鏡進行更多的觀測。他們(men) 希望能夠更清楚地了解在SN 1987A遺跡的中心究竟發生了什麽(me) 。這些觀測將有助於(yu) 促進天文學家發展出更詳盡的模型，最終使我們(men) 能夠更好地了解SN

1987A，以及所有的核坍縮超新星。

本文為(wei) 科普中國·星空計劃扶持作品

作者名稱：李兆瀅

審核：韓文標

出品：中國科協科普部

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