天文学家竟捕捉到超新星遗迹奇异细丝 3D 图！

1181 年，当一颗超新星在夜空中闪耀了六个月时，它是如此明亮，以至于中国和日本的天文学家将其记录为仙后座中的“客星”。

现在，夏威夷 W. M. 凯克天文台使用凯克宇宙网络成像仪（KCWI）的天文学家绘制了一个由奇怪细丝组成的球体，这些细丝从恒星爆炸的地方向外延伸。

这是首次以 3D 形式观察到这些类似于蒲公英花的细丝，它们从这颗死星周围的爆炸地点流出。研究人员在 10 月 24 日发表在《天体物理学杂志快报》的一篇论文中分享了他们的工作成果，这为超新星遗迹的结构提供了新的清晰认知。

“超新星遗迹的标准图像就如同烟花表演的静态照片一般，”研究的合著者、加州理工学院物理学教授、成像仪建造团队的负责人克里斯托弗·马丁在一份声明中说。

“KCWI 为我们提供了更像‘电影’的东西，因为我们可以测量爆炸的余烬从中心爆炸向外飞射的运动。”

这一发现为天文学家在试图了解这一不同寻常的超新星所遗留的痕迹时，又增添了一块拼图。

对于名为 SN 1181 的超新星的视觉证据的搜寻持续了数个世纪，直到业余天文学家达纳·帕奇克在 2013 年首次发现了它的遗迹。

帕奇克在筛选由美国国家航空航天局现已退役的广域红外巡天探测器任务所拍摄的图像时，在超新星的原始位置附近发现了一个星云。英国曼彻斯特大学的天体物理学教授阿尔伯特·齐尔斯特拉后来于 2021 年将该星云与 SN 1181 关联起来。

这个星云，也就是从超新星喷出的物质云，被命名为 Pa 30。

然后，在 2023 年，天文学家发现星云中奇怪的细丝因硫而发出光芒。科学家知道超新星产生了这些细丝，但不清楚这些结构是如何以及何时形成的。

1181 年的这颗超新星并非普通的恒星爆炸。科学家认为，该事件是由一颗白矮星（即致密的死亡恒星）上发生的热核爆炸引起的。有可能是两颗白矮星相互碰撞从而产生了这颗超新星。然而，这次撞击只引发了部分爆炸。

超新星的剧烈爆发通常会将白矮星摧毁，但这种被称为罕见的 lax 型超新星的部分爆炸，却留下了一颗“僵尸星”。

“因为这是一次失败的爆炸，所以它比正常的超新星要黯淡，这一点已被证明与历史记录相符。”该研究的共同主要作者、奥地利科学技术研究所的助理教授伊拉里亚·卡亚佐在一份声明中说。

为了更仔细地查看这一奇特爆炸所留下的细丝，天文学家们求助于凯克宇宙网络成像仪。该仪器旨在捕捉图像中每个像素在多个光波长下的信息。

该仪器所捕获的强大数据使得研究团队能够测量每条细丝的运动情况并创建一张 3D 地图。当朝向地球移动的细丝处于人类眼睛可见的可见光中能量较高的蓝色部分时，朝相反方向移动的细丝看起来更红。

这与应急车辆打开警笛时所观察到的多普勒效应类似；接近的车辆喇叭会发出较高频率的声音，但当它驶离时，声波会拉长并释放出较低的频率。

凯克宇宙网成像仪能够测量星云中任何发光物质的速度。当团队分析数据时，确定细丝正以每小时 220 万英里（约合每秒 1000 公里）的速度飞离超新星遗址。

“我们发现细丝中的物质正在进行弹道式膨胀，”共同研究作者蒂姆·坎宁安（Tim Cunningham）在一份声明中说，他是哈佛 - 史密森天体物理中心的美国宇航局哈勃研究员。“这意味着自爆炸以来，该物质既没有减速也没有加速。从测量的速度回溯时间，您几乎可以精确地将爆炸时间确定为 1181 年。”

尽管超新星的光于 1181 年 8 月 6 日首次到达地球，但爆炸发生的时间要早得多。齐尔斯特拉（Zijlstra）说，这颗恒星距离地球 7500 光年，因此超新星的强光需要 7500 年才能在地球的夜空中可见，他没有参与这项新研究。

3D 数据还揭示了新的谜团，比如星云结构内的一个大空洞，以及超新星不对称发生的证据。

坎宁安说，这些细丝似乎是从一个从中心恒星延伸出来的外壳向外辐射的。但该团队仍不确定这些细丝最初是如何形成的。

“有所提出的情景：1）向恒星回流的冲击波将尘埃升华成热气体，然后迅速冷却并聚集成直的细丝；2）中心恒星的快速风正在剥离成团的尘埃，”坎宁安在一封电子邮件中说。“我们的观测无法区分这两种模型，需要更多的观测和理论来理解这个星云，但我们的观测提供了拼图的重要一块！”

自 2023 年的一篇论文揭示了这些细丝之后，在过去一年里开展了旨在揭示细丝奥秘的研究。

齐尔斯特拉说，就超新星而言，虽然这些线性细丝是不寻常的，但它们与在行星状星云或垂死恒星周围的发光的气体壳（如詹姆斯·韦伯太空望远镜观测到的南环星云和环星云）中看到的特征相似。

东京大学早期宇宙研究中心的博士生小高说，独特的细丝结构“在物理上解释起来很有挑战——特别是考虑到观测到的细丝（以前）似乎从中心延伸到外部区域。”

高未参与新的凯克宇宙网成像仪观测，但他和他的同事今年早些时候发表了一项研究表明，超新星遗迹由多个区域组成，这使得细丝的确切组成难以调和。

高说，新研究的观测结果显示，细丝仅延伸至星云的外部区域，而非从中心向外延伸，这为超新星遗迹内存在多个区域的观点提供了进一步的证据。研究人员对细丝结构了解得越清楚，他们就越有可能率先揭开形成这一宇宙蒲公英的原因。