被要了多少次的原图壁纸，一次放送

恒星自诞生起就开始与引力做斗争。燃烧的恒星不断释放充沛的能量，抵抗引力向内的压力。但燃料一旦耗尽，引力就会获胜并促使恒星内爆。恒星的大部分质量要么变成中子星（城市大小的超致密天体），要么变成黑洞。其余的部分则向外爆发，像子弹一样飞入太空。

仙后座A是已知离地球最近的年轻的超新星遗迹，这次爆发产生的光大约在350年前抵达地球。韦布空间望远镜的最新观测数据，与哈勃空间望远镜、钱德拉X射线天文台（Chandra X-ray Observatory）和斯皮策空间望远镜（Spitzer Space Telescope）的早期观测结果相结合，共同呈现了仙后座A前所未有的清晰图像。图片来源:NASA/CXC/SAO(x-ray); NASA/ESA/STScI(optical); NASA/ESA/CSA/STScI/D.Milisavljevic et al., NASA/JPL/Caltech(infrared); NASA/CXC/SAO/J. Schmidt and K. Arcand (image processing）

最近，天文学家通过韦布空间望远镜（JWST）观测了年轻的超新星遗迹仙后座A，拍到了这次爆发事件的新图像。大约350年前，也就是艾萨克·牛顿所处的年代，这次爆发产生的光抵达了地球。“这个特殊天体非常重要，因为它距离我们相对较近，而且很年轻，所以你看到的图像其实记录了恒星爆发的瞬间，”美国达特茅斯学院的天文学家罗伯特·A.费森（Robert A. Fesen）说。

几十年来，天文学家一直在研究这一临近的奇观，但JWST提供了比过去任何天文台都更近的观测视角。“JWST拍摄的图像令人惊叹，”费森说。他曾领导团队首次用哈勃空间望远镜（Hubble Space Telescope）观测了仙后座A。哈勃主要在可见光波段观测，也就是人眼能看到的波长范围，JWST则能捕捉波长更长的红外光，而且它的镜面更大，可以拍摄分辨率更高的图像。

JWST最新拍摄的照片将帮助科学家解答一些有关超新星爆发的最紧迫的问题，比如各种类型的恒星会以何种方式爆发，以及这些爆发具体是如何发生的。“但在了解这种爆发如何发生的过程中，会涉及很多复杂而美丽的物理学知识，”JWST图像背后研究团队的负责人、美国普渡大学的天文学家丹尼·米利萨夫耶维奇（Danny Milisavljevic）表示。

恒星的聚变最初会将氢转换成氦。在氢耗尽后，氦又会聚变成碳，碳之后再聚变成氖，依此类推，直至最终生成铁，因为铁释放的能量不足以维持聚变反应。此时，恒星在引力作用下开始坍缩，随着物质不断坍缩，原子中大部分质子和电子被挤压在一起形成中子。最终，中子再也无法进一步坍缩，便形成了中子星，其中承受了极端压力的粒子会引发反弹激波。（只有质量非常大的恒星才会以超新星的形式结束生命，质量较低的天体，比如太阳，只会逐渐变成白矮星）。

天文学家仍然无法完全理解超新星爆发时释放的巨大能量。“我们曾认为，中子星形成时产生的反弹激波可能导致恒星爆发，”米利萨夫耶维奇说，“但数十年来用世界上最快的计算机进行的模拟表明，激波不足以克服大量外层物质向内坍缩的趋势。”目前，超新星爆发的核心驱动力仍然是个谜。研究人员怀疑，这一问题的答案与中微子有关。中微子是一种几乎没有质量的粒子，能畅通无阻地穿过物质。也许在恒星核心的高温和高密度条件下，一些中微子的能量增强了反弹激波。但想要验证这一设想，还需要更多的观测。

仙 后 座 A 的 观 测 揭 示 了 前 所 未有 的 细 节。JWST 的 中 红 外 仪 器（MIRI）能捕捉不同波段的红外光，这些波段在这张照片中被转换成相应的可见光颜色。图像顶部和左侧的橙色和红色流显示了爆发恒星的物质撞击周围气体和尘埃留下的斑点。在这层外壳内的亮粉色丝状物代表爆发时释放的物质。偏左的深红色网状结构代表爆发后的原始物质结构，它可能隐藏着爆发前恒星物质分布的线索。

若放大这幅JWST图像，天文学家发现了一个惊喜——一个绿色的气泡，他们称之为“绿色怪物”，以美国波士顿芬威公园里一面绿色的墙壁命名。

“这个气泡由恒星在爆发前抛出的气体层组成，”米利萨夫耶维奇解释说，“它看起来很奇怪，环状和丝状物质的分布也很奇异。”这些谜团中隐藏着恒星在爆发前如何释放质量的信息。“绿色怪物”中还出现了一些小洞，它们就像子弹孔一样，几乎是完美的圆形，这似乎为费森和研究团队用哈勃空间望远镜发现的喷射物团块提供了证据。

天文学家认为，快速移动的超新星物质团块可能像弹片一样击穿了周围的气体层，从而形成了这些洞。而这些洞的大小揭示了团块的巨大体积——大约 500个天文单位（地球与太阳之间的距离）。“随着团块在太空中航行时不断地膨胀，它们已经变得比太阳系还要大，”费森说。

图片来源：NASA, ESA, CSA, Danny Milisavljevic/Purdue University,Tea Temim/Princeton University, Ilse De Looze/University of Ghent; Joseph DePasquale/STScI (image processing)

JWST的观测揭示了有关仙后座A的许多细节，研究人员在其中发现，有一层气体在爆发过程中从恒星逸出。图像展示了这些气体在与恒星外层物质相互作用前，以及在被恒星爆发时喷出的激波反射加热之前的情况。这颗超新星的原始喷射物呈现出网状结构，让研究人员得以窥探恒星爆发前的情况。“JWST基本上提供了这种物质分布的结构图，”美国普林斯顿大学的天文学家提亚·特米姆（Tea Temim）说，“为天文学家揭示了超新星爆发前物质的分布情况。而我们过去从未见过这样的景象。”

这次观测还揭示了仙后座A一个出人意料的特征——恒星爆发前似乎释放了一层气体，天文学家将其命名为“绿色怪物”。这是一个令人兴奋的惊喜。科学家尤为好奇，当超新星碎片飞入“绿色怪物”时会发生什么。“这很重要，”特米姆说，“因为当我们观测河外星系的超新星时，周围物质会对它们的光线造成极大的影响。”

JWST另一台仪器——近红外相机（NIRCam），能用比MIRI波长更短的光观测仙后座A。“NIRCam的优势在于分辨率，它拍摄的图像放大后效果惊人，”米利萨夫耶维奇说，“我未来的研究规划就是从这种尺度上理解这颗超新星。”他希望利用这些数据理解爆发的激波如何塑造它遇到的气体，如何影响超新星物质的密度，从而获得关于这场剧烈爆发如何发生的线索。图片来源：NASA/ESA JWST, Danny Milisavljevic/PurdueUniversity, Tea Temim/Princeton University, Ilse DeLooze/University of Ghent and HST, R. Fesen/Dartmouth College; J. Schmidt (image processing)

破译超新星的细节甚至可以帮助我们了解地球及生命的起源。恒星会产生生命所需的、比氢和氦更重的元素。它们生命末期的爆发将这些元素喷入太空，为星系提供形成新恒星和行星的原材料。“作为宇宙公民，我们必须了解这一基本过程，正是它使我们出现在宇宙之中，”米利萨夫耶维奇说。

天文学家将继续研究仙后座A，尽管目前的成功已让他们涌起无限的渴望，希望将JWST的目光转向银河系中其他约400处已知的超新星遗迹。借助更多的观测样本，研究人员将能探索遗迹外观和演化方式的差异，进而揭示这种差异与爆发前恒星特性之间的联系。

本文来自《环球科学》2025年3月刊：《超新星奇景》

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