天文學家竟捕捉到超新星遺蹟奇異細絲 3D 圖！

1181 年，當一顆超新星在夜空中閃耀了六個月時，它是如此明亮，以至於中國和日本的天文學家將其記錄爲仙后座中的“客星”。

現在，夏威夷 W. M. 凱克天文臺使用凱克宇宙網絡成像儀（KCWI）的天文學家繪製了一個由奇怪細絲組成的球體，這些細絲從恆星爆炸的地方向外延伸。

這是首次以 3D 形式觀察到這些類似於蒲公英花的細絲，它們從這顆死星周圍的爆炸地點流出。研究人員在 10 月 24 日發表在《天體物理學雜誌快報》的一篇論文中分享了他們的工作成果，這爲超新星遺蹟的結構提供了新的清晰認知。

“超新星遺蹟的標準圖像就如同煙花表演的靜態照片一般，”研究的合著者、加州理工學院物理學教授、成像儀建造團隊的負責人克里斯托弗·馬丁在一份聲明中說。

“KCWI 爲我們提供了更像‘電影’的東西，因爲我們可以測量爆炸的餘燼從中心爆炸向外飛射的運動。”

這一發現爲天文學家在試圖瞭解這一不同尋常的超新星所遺留的痕跡時，又增添了一塊拼圖。

對於名爲 SN 1181 的超新星的視覺證據的搜尋持續了數個世紀，直到業餘天文學家達納·帕奇克在 2013 年首次發現了它的遺蹟。

帕奇克在篩選由美國國家航空航天局現已退役的廣域紅外巡天探測器任務所拍攝的圖像時，在超新星的原始位置附近發現了一個星雲。英國曼徹斯特大學的天體物理學教授阿爾伯特·齊爾斯特拉後來於 2021 年將該星雲與 SN 1181 關聯起來。

這個星雲，也就是從超新星噴出的物質雲，被命名爲 Pa 30。

然後，在 2023 年，天文學家發現星雲中奇怪的細絲因硫而發出光芒。科學家知道超新星產生了這些細絲，但不清楚這些結構是如何以及何時形成的。

1181 年的這顆超新星並非普通的恆星爆炸。科學家認爲，該事件是由一顆白矮星（即緻密的死亡恆星）上發生的熱核爆炸引起的。有可能是兩顆白矮星相互碰撞從而產生了這顆超新星。然而，這次撞擊只引發了部分爆炸。

超新星的劇烈爆發通常會將白矮星摧毀，但這種被稱爲罕見的 lax 型超新星的部分爆炸，卻留下了一顆“殭屍星”。

“因爲這是一次失敗的爆炸，所以它比正常的超新星要黯淡，這一點已被證明與歷史記錄相符。”該研究的共同主要作者、奧地利科學技術研究所的助理教授伊拉里亞·卡亞佐在一份聲明中說。

爲了更仔細地查看這一奇特爆炸所留下的細絲，天文學家們求助於凱克宇宙網絡成像儀。該儀器旨在捕捉圖像中每個像素在多個光波長下的信息。

該儀器所捕獲的強大數據使得研究團隊能夠測量每條細絲的運動情況並創建一張 3D 地圖。當朝向地球移動的細絲處於人類眼睛可見的可見光中能量較高的藍色部分時，朝相反方向移動的細絲看起來更紅。

這與應急車輛打開警笛時所觀察到的多普勒效應類似；接近的車輛喇叭會發出較高頻率的聲音，但當它駛離時，聲波會拉長並釋放出較低的頻率。

凱克宇宙網成像儀能夠測量星雲中任何發光物質的速度。當團隊分析數據時，確定細絲正以每小時 220 萬英里（約合每秒 1000 公里）的速度飛離超新星遺址。

“我們發現細絲中的物質正在進行彈道式膨脹，”共同研究作者蒂姆·坎寧安（Tim Cunningham）在一份聲明中說，他是哈佛 - 史密森天體物理中心的美國宇航局哈勃研究員。“這意味着自爆炸以來，該物質既沒有減速也沒有加速。從測量的速度回溯時間，您幾乎可以精確地將爆炸時間確定爲 1181 年。”

儘管超新星的光於 1181 年 8 月 6 日首次到達地球，但爆炸發生的時間要早得多。齊爾斯特拉（Zijlstra）說，這顆恆星距離地球 7500 光年，因此超新星的強光需要 7500 年才能在地球的夜空中可見，他沒有參與這項新研究。

3D 數據還揭示了新的謎團，比如星雲結構內的一個大空洞，以及超新星不對稱發生的證據。

坎寧安說，這些細絲似乎是從一個從中心恆星延伸出來的外殼向外輻射的。但該團隊仍不確定這些細絲最初是如何形成的。

“有所提出的情景：1）向恆星迴流的衝擊波將塵埃昇華成熱氣體，然後迅速冷卻並聚集成直的細絲；2）中心恆星的快速風正在剝離成團的塵埃，”坎寧安在一封電子郵件中說。“我們的觀測無法區分這兩種模型，需要更多的觀測和理論來理解這個星雲，但我們的觀測提供了拼圖的重要一塊！”

自 2023 年的一篇論文揭示了這些細絲之後，在過去一年裡開展了旨在揭示細絲奧秘的研究。

齊爾斯特拉說，就超新星而言，雖然這些線性細絲是不尋常的，但它們與在行星狀星雲或垂死恆星周圍的發光的氣體殼（如詹姆斯·韋伯太空望遠鏡觀測到的南環星雲和環星雲）中看到的特徵相似。

東京大學早期宇宙研究中心的博士生小高說，獨特的細絲結構“在物理上解釋起來很有挑戰——特別是考慮到觀測到的細絲（以前）似乎從中心延伸到外部區域。”

高未參與新的凱克宇宙網成像儀觀測，但他和他的同事今年早些時候發表了一項研究表明，超新星遺蹟由多個區域組成，這使得細絲的確切組成難以調和。

高說，新研究的觀測結果顯示，細絲僅延伸至星雲的外部區域，而非從中心向外延伸，這爲超新星遺蹟內存在多個區域的觀點提供了進一步的證據。研究人員對細絲結構瞭解得越清楚，他們就越有可能率先揭開形成這一宇宙蒲公英的原因。