解决了33岁的宇宙之谜？超新星遗迹中发现的热“斑点”- 不是脉冲星或黑洞

该画家对超新星1987A的插图显示了爆炸恒星残留物（红色）的尘土飞扬的内部区域，其中可能隐藏了中子星。这个内部区域与外壳（蓝色）形成鲜明对比，在外壳中，超新星产生的能量与（强烈）爆炸之前从恒星喷射的气体包层发生碰撞（绿色）。图片来源：NRAO / AUI / NSF，B。Saxton

两队天文学家在围绕超新星1987A的33岁之谜中做出了令人信服的论据。基于对阿塔卡马大毫米/亚毫米阵列（ALMA）的观测 和理论上的后续研究，科学家为中子星隐藏在爆炸恒星残骸内部的说法提供了新的见解。这将是迄今为止已知的最年轻的中子星。

自从天文学家看到夜空中一颗恒星最明亮的爆炸事件，创造出超新星 1987A（SN 1987A）以来，他们一直在寻找爆炸后遗留下来的紧凑物体。

因为在爆炸发生当天（1987年2月23日）在地球上发现了被称为中微子的粒子，所以天文学家们预计中子星会在坍塌的中心形成。但是，当科学家找不到该恒星的任何证据时，他们开始怀疑该恒星随后是否坍塌成黑洞。几十年来，科学界一直在热切地等待着这个物体发出的信号，该信号一直藏在非常厚的尘埃云后面。

极高分辨率的ALMA图像显示了超新星1987A（插图）尘土飞扬的核心中有一个热的“斑点”，这可能是丢失的中子星的位置。红色表示在超新星残余的中心有尘埃和冷气体，是用ALMA在无线电波长处拍摄的。绿色和蓝色的色调揭示了来自爆炸恒星的膨胀冲击波与超新星周围的一圈物质碰撞的地方。绿色代表由NASA哈勃太空望远镜捕获的可见光。蓝色是最热的气体，它是基于NASA钱德拉X射线天文台的数据得出的。该环最初是由原始爆炸产生的闪光发光的。在随后的几年中，随着爆炸的冲击波猛烈撞击，环的材料显着变亮。图片来源：ALMA（ESO / NAOJ / NRAO），P。Cigan和R. Indebetouw; NRAO / AUI / NSF，B。萨克斯顿；美国宇航局/欧洲航天局

“斑点”

最近，ALMA射电望远镜的观测首次显示了爆炸后中子星缺失的情况。极高分辨率的图像显示出SN 1987A尘土飞扬的核心中有一个热“斑点”，该斑点比其周围环境明亮，并且与中子星的可疑位置相符。

卡迪夫大学的Mikako Matsuura以及与ALMA一起发现了这种斑点的小组成员说：“我们看到超新星残留物中厚厚的尘埃云形成了这个温暖的斑点，我们感到非常惊讶。” “云中一定有某种东西加热了尘埃并使之发光。这就是为什么我们建议在尘埃云中隐藏一个中子星。”

即使松浦和她的团队对此结果感到兴奋，他们还是想知道斑点的亮度。松浦说：“我们认为中子星可能太亮而无法存在，但是丹妮·佩奇和他的团队发表了一项研究，表明中子星确实可以这么亮，因为它还很年轻。”

Dany Page是墨西哥国立自治大学的天体物理学家，从一开始就研究SN 1987A。他说：“超新星爆发时，我正处于博士学位的中途，这是我一生中最大的事件之一，这使我改变了自己的职业生涯以试图解决这个谜团。就像现代的圣杯。”

佩奇及其小组的理论研究今天发表在《天体物理学杂志》上，强烈支持ALMA小组的建议，即中子星为尘埃团提供动力。佩奇解释说：“尽管超新星爆炸的极端复杂性和中子星内部的极端条件，检测到温暖的尘埃斑点仍是对一些预测的证实。”

这些预测是中子星的位置和温度。根据超新星计算机模型，爆炸以每秒几百公里的速度（比最快的火箭快几十倍）将“中子星”从其发源地“踢开”。这个斑点恰好位于天文学家认为中子星今天的位置。预计中子星的温度约为500万摄氏度，它提供了足够的能量来解释斑点的亮度。

这张超新星1987A遗迹的彩色多波长图像是用来自三个不同观测站的数据制作的。红色表示在超新星残余的中心有尘埃和冷气体，是用ALMA在无线电波长处拍摄的。绿色和蓝色的色调揭示了来自爆炸恒星的膨胀冲击波与超新星周围的一圈物质碰撞的地方。绿色代表由NASA哈勃太空望远镜捕获的可见光。蓝色是最热的气体，它是基于NASA钱德拉X射线天文台的数据得出的。该环最初是由原始爆炸产生的闪光发光的。在随后的几年中，随着爆炸的冲击波猛烈撞击，环的材料显着变亮。图片来源：ALMA（ESO / NAOJ / NRAO），P。Cigan和R. Indebetouw；NRAO / AUI / NSF，萨克斯顿 美国宇航局/欧洲航天局

这张超新星1987A遗迹的彩色多波长图像是用来自三个不同观测站的数据制作的。红色表示在超新星残余的中心有尘埃和冷气体，是用ALMA在无线电波长处拍摄的。绿色和蓝色的色调揭示了来自爆炸恒星的膨胀冲击波与超新星周围的一圈物质碰撞的地方。绿色代表由NASA哈勃太空望远镜捕获的可见光。蓝色是最热的气体，它是基于NASA钱德拉X射线天文台的数据得出的。该环最初是由原始爆炸产生的闪光发光的。在随后的几年中，随着爆炸的冲击波猛烈撞击，环的材料显着变亮。图片来源：ALMA（ESO / NAOJ / NRAO），P。Cigan和R. Indebetouw；NRAO / AUI / NSF，萨克斯顿 美国宇航局/欧洲航天局

不是脉冲星或黑洞

与普遍的期望相反，中子星可能不是脉冲星。佩奇说：“脉冲星的功率取决于它旋转的速度和磁场强度，两者都需要具有非常精细的值以匹配观测值。”中子星自然适合数据。”

“中子星的行为完全符合我们的预期，”纽约斯托尼布鲁克大学的詹姆斯·拉蒂默（James Lattimer）补充说，这是佩奇研究小组的成员。Lattimer还紧随SN 1987A，在SN 1987A之前发表了有关超新星中微子信号的预测，该预测随后与观测相匹配。这些中微子提示黑洞从未形成，而且黑洞似乎很难解释观察到的斑点亮度。我们比较了所有可能性，并得出结论，最有可能的解释是热中子星。

这颗中子星是一个25公里宽，极热的超致密物质球。一茶匙材料的重量将超过纽约市内所有建筑物的总和。因为它只有33岁，所以它将是有史以来最年轻的中子星。我们知道的第二颗最年轻的中子星位于超新星残留的仙后座A上，享年330岁。

只有中子星的直接照片才能给出它存在的确切证据，但是为此，天文学家可能需要再等几十年，直到超新星残余中的尘埃和气体变得更加透明。

超新星1987A居住在大麦哲伦星云（银河系卫星星系）的南方天空中，距地球163,000光年。图片来源：NRAO / AUI / NSF，IAU，天空和望远镜

详细的ALMA图片

即使许多望远镜都拍摄了SN 1987A的图像，但它们都无法像ALMA那样高精度地观测其核心。早期使用ALMA进行的（3-D）观测已经显示出超新星残留物中发现的分子类型，并证实它会产生大量的粉尘。

美国国家射电天文台和弗吉尼亚大学的雷米·英迪贝乌（Remy Indebetouw）说：“这项发现是建立在对ALMA多年观测的基础上的，这要归功于望远镜和数据处理的不断改进，从而越来越详细地显示了超新星的核心。”一直是ALMA影像团队的一员。

参考文献：

Dany Page，Mikhail V. Beznogov，IvánGaribay，James M. Lattimer，Madappa Prakash和Hans-Thomas Janka的“ NS 1987A in SN 1987A”，2020年7月30日，天体物理学杂志。
DOI：10.3847 / 1538-4357 / ab93c2

Phil Cigan，Mikako Matsuura，Haley L. Gomez，Remy Indebetouw，FranAbellán，Michael Gabler，Anita Richards，Dennis Alp，Timothy A. Davis和Hans-撰写的“ SN 1987A喷射中灰尘和分子的高角度分辨率ALMA图像” Thomas Janka，Jason Spy

romilio，MJ Barlow，David Burrows，Eli Dwek，Claes Fransson，Bryan Gaensler，Josefin Larsson，P.Bouchet，Peter Lundqvist，JM Marcaide，C.-Y。Ng，Sangwook Park，Pat Roche，Jacco Th。van Loon，JC Wheeler和Giovanna Zanardo，2019年11月19日，《天体物理学杂志》。
DOI：10.3847 / 1538-4357 / ab4b46

国家射电天文台是美国国家自然科学基金会的机构，由美国联合大学（Associated University，Inc.）