1987年2月24日,距地球17万光年的大麦哲伦云星系突然出现一道亮光。科学家们非常兴奋。这是近400年来第一颗肉眼可见的超新星,也是人类使用望远镜观察宇宙以来的第一颗超新星。它是SN1987A。

全世界的望远镜都指向它。虽然无法捕捉到最初的场景,但科学家们仍然可以尝试观察超新星遗迹形成的过程以及爆炸后新天体的形成。按照现有的理论,这里应该有一颗中子星。

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(图片说明:超新星SN1987A)

奇怪的是,虽然超新星遗迹还在不断膨胀,但科学家们却始终没有在其中发现中子星,仿佛已经被消灭了一样。

意大利巴勒莫大学的天文学家EmanueleGreco说:“34年来,天文学家一直致力于筛选SN1987A的碎片,希望能找到我们认为留在那儿的中子星。已经有很多线索之前,但最终都指向了死胡同。但我们相信,最新的研究成果将改变这一切。”

根据现有理论,当一颗恒星爆炸成超新星时,其核心会迅速坍缩,形成致密的中子星(也可能是黑洞)。中子星的密度惊人,1.4倍以上的太阳质量被压缩成一颗只有10公里的恒星,以至于每立方厘米的物质重达1亿吨!

(图片说明:中子星)

在中子星中,还有一种非常特别。它们的转速非常高,磁化程度很高,就是所谓的脉冲星。脉冲星可以向宇宙发射强大的脉冲信号,脉冲信号随着脉冲星的自转而旋转,因此脉冲星也被称为宇宙中的灯塔。有时,脉冲星还会从表面吹出强大的风,其速度甚至可以接近光速。这种伴随着高能带电粒子和强磁场的风也被称为脉冲风星云。

无论是普通的中子星,还是旋转速度极快的脉冲星,都是宇宙中极其极端的天体。科学家无法在实验室中制造它们,只能在宇宙中寻找和研究它们。SN1987A的爆发意味着极有可能存在迄今为止人类发现的最年轻的中子星,科学家们不关注都难。

但问题是,它在哪里?

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(图片说明:Pulsar)

最近,随着世界上一些最强大的望远镜——钱德拉X射线望远镜、核光谱望远镜阵列(NuSTAR)和阿塔卡马望远镜的联合工作,以及大毫米/亚毫米阵列(ALMA),科学家们似乎终于找到了这颗隐藏在黑暗中的中子星。

在Chandra和NuSTAR数据中,Greco的团队检测到SN1987A喷发的物质与周围物质碰撞时产生的低能X射线,并使用NuSTAR检测到高能X射线。这让他们非常兴奋,因为这样的高能X射线很可能是脉冲星风星云的证据,也就是脉冲星存在的证据。

不过,高能X射线也可能来自其他来源,这些来源是被冲击波加速到高能的粒子,不需要脉冲星的存在。因此,研究人员需要排除这种可能性,或者找到更多脉冲星风星云的证据。

根据科学家2012年到2014年的观测,这里的高能X射线一直保持着稳定的亮度,同时澳大利亚望远镜密集阵列观测到的射电发射量有所增加,这显然不符合冲击波加速粒子模型。

(图片说明:SN1987A所在位置)

而NuSTAR观测到的最高电子能量,如果用冲击波加速,理论上需要400年,而SN1987A只用了34年就形成了,这也不适合Shockwave的模型。总之,冲击波的可能性基本排除。

不过,这里应该存在的脉冲星已经很久没有被观测到,是否意味着还有另一种可能呢?

同样来自巴勒莫大学的天文学家MarcoMiceli介绍说:“天文学家一直很好奇它是否来不及变成脉冲星,甚至直接形成了黑洞。几十年来,这一直是一个未解之谜。”然后他说:“谢天谢地,我们为这个结果带来了新的信息。”

不仅如此,科学家在2020年利用ALMA观测SN1987A时,还发现了毫米波波段可能存在脉冲星风星云的证据,这与钱德拉和NuSTAR的观测结果相呼应。虽然对这两个波段的观测还有其他解释,但脉冲星风星云中这种可能性的巧合,更增加了这种可能性,让科学家们相信这里有一颗脉冲星。

对于天文学家来说,SN1987A意义重大。它可以带领我们观察到中子星最早的演化过程,这是非常重要的。

意大利国家天体物理研究所(INAF)巴勒莫天文台的天文学家SalvatoreOrlando也参与了这项研究。他告诉我们:“从中子星诞生之日起就对其进行观察是史无前例的。试试看吧,这可能是千载难逢的研究脉冲星婴儿的机会!”

目前SN1987A的核心区域仍然被致密的气体和尘埃包围,科学家们还无法看到脉冲星本身,只能通过计算机模拟推测这些物质是如何吸收不同能量的X射线,从而更好地分析X射线谱所隐含的信息,进而推断核心区域存在什么样的谱。

不过,研究人员也指出,他们观测到的高能X射线是否来自脉冲星风星云还有待考证。如果科学家在接下来的观测中能发现高能X射线随着无线电波一起增加,那将是对脉冲星风星云的挑战;相反,如果高能X射线减少,就会证实科学家的观点,也就是说,这意味着我们很有可能已经发现了这颗脉冲星。

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另外,大约10年后,我们或许有机会直接观测到脉冲星。随着超新星爆炸产生的物质逐渐消散到太空中,它们对脉冲信号的阻挡作用也逐渐消失,这也将让我们有机会看到这颗仍半遮半掩的中子星。

一颗脉冲星如何从婴儿期成熟到在宇宙中游荡,这个谜团或将在10年内逐渐揭开。