美國天文學家使用NASA的韋伯太空望遠鏡（JWST），深入解析大約1,000年前古人發現的蟹狀星雲的組成物質，希望透過收集它的成份和數據，了解蟹狀星雲的起源和成份。

公元1054年，古代中國的天文學家觀測到蟹狀星雲在距離地球6,500光年金牛座附近出現超新星爆炸，其爆炸產生的亮度足以讓人們在白天觀測到。

蟹狀星雲是第一個被確定為超新星爆炸形成的天體，它以蟹狀外表而聞名。自被發現以來，它一直是人們研究最多的天體之一。今天，人們觀測到的蟹狀星雲已經光芒不再，而是微弱超新星殘骸。

天文學家發現，超新星爆炸時可以將其大部份甚至幾乎所有物質，以超高的速度向外拋散形成星雲。蟹狀星雲是一個由氣體、塵埃和高速外流風（星際介質的流動）組成，其中心是一顆快速旋轉且高度磁化的中子星（脈衝星），這個中子星則不斷向周圍噴射出高能粒子風，形成明亮的脈衝星風星雲（PWN）。

中子星是一顆直徑10公里左右、且密度極高的中子球。它被認為是由超新星爆炸期間在重力作用下塌陷的恆星核心產生，質量相當於一顆普通恆星（通常是太陽質量的1.5倍左右）。而會定期發射輻射脈衝的中子星又稱為「脈衝星」。

過去，天文學家是根據噴射物的數量和速度，來推算蟹狀星雲爆炸的總動能，不過其爆炸的總能量相對較低（不到正常超新星的十分之一）。因此，過去人們認為蟹狀星雲前身恆星是由於「電子捕獲型」（ECSN）超新星爆發所致，而非典型的「鐵核心塌縮」超新星爆炸。

一般認為，「電子捕獲型」超新星爆炸是一種罕見的爆炸，其超新星核心主要由氧、氖和鎂組成，不是典型的鐵核心組成。這些氧、氖和鎂原子在核心變得過於緻密後，開始吸收周圍電子使核心壓力快速減少，最終引發核心快速崩塌並產生出恆星爆炸。

不過，電子捕獲超新星預測結果與過往蟹狀星雲觀測數據，存在一些不相符的地方。因為從理論上，預測其超新星核心中的鐵鎳（Ni/Fe）豐富度，應該比太陽的核心高出許多。

利用韋伯紅外成像能力

這次，美國普林斯頓大學（Princeton University）天文研究團隊，為了降低觀測蟹狀星雲前身恆星的不確定性，用JWST太空望遠鏡中的中紅外線儀器（MIRI）和近紅外線相機（NIRCam），以更精準的光譜能力鎖定蟹狀星雲內部細絲內的兩個區域進行多次檢測和觀察，希望有助於澄清和解開它的起源。

這項研究成果於6月20日發表《天體物理學雜誌快報》上。

他們先在MIRI核磁共振（MRS）上對氬、氖和氧進行較小成像採樣。儀器上使用4種不同的濾波器和多種不同的成像濾光片，讓蟹狀星雲的成像在合成過程中，能夠變得更加的立體清晰，還使成像擁有不同的顏色，以便天文學家們能夠更好的辨識其面目。

另外，該團隊利用MIRI的光譜分析能力對鐵（Fe）、硫（S）、塵埃和PWN發射線進行採樣，從而對鎳鐵豐富度比作出了更可靠的估計。

人們可以從MIRI和NIRCam合成的蟹狀星雲影像，觀察到紅橙色代表有硫、藍色顯示有鐵，而黃白色和綠色顯示灰塵發射。NIRCam則觀測到煙白色是來自脈衝星風星雲（PWN）。

此外，該團隊用JWST望遠鏡繪製溫暖的塵埃排放圖，與赫歇爾太空天文台（Herschel Space Observatory）有關較冷塵埃顆粒的數據相結合，創建高分辨率塵埃分布的全面圖景。該圖最外層的細絲包含相對較溫暖的塵埃，而較冷的顆粒則普遍靠近中心。

他們還利用JWST望遠鏡對蟹狀星雲兩個選定區域，進行鐵鎳比率探測和觀察這些物質在整個空間分布的情況。結果顯示，鐵鎳豐富度比0.156到0.277之間，比太陽的鐵鎳豐富度比（0.053）高出2.8到5.2倍，但這項數據遠比過去科學家們估計的50至75倍要低上許多。

新數據帶來新認知

這次JWST望遠鏡觀測到的數據，揭示了蟹狀星雲前所未有的細節，並了解到PWN脈衝星雲噴射出的鐵鎳豐富度。另外，科學家把修正後的數值，與電子捕獲型超新星合成模型進行比較，得到蟹狀星雲中鐵鎳豐富度與「低質量鐵核塌縮」爆炸或「電子捕獲超新星」爆炸的理論吻合。

「低質量鐵核塌縮」源於天文學家對鐵核心塌縮超新星的一種新理解。現在天文學家認為，質量較低的恆星也可能產生低能量的鐵核塌縮爆炸。

美國普林斯頓大學天文學家茶特米姆（Tea Temim）對NASA表示：「現在JWST望遠鏡收集蟹狀星雲的數據擴大了，或許能解釋蟹狀星雲的生成。原因是現在觀察太空中的氣體成份顯示，超新星不需要電子捕獲就能發生爆炸，因此可以用低質量鐵核塌縮超新星來解釋。」

美國亞利桑那大學斯圖爾德天文台（Steward Observatory）天文學家內森史密斯（Nathan Smith）則表示：「在蟹狀星雲中看到塵埃的地方很有趣，因為它不同於其它超新星遺跡，比如仙后座A和1987A天體中的塵埃通常位於最中心，但蟹狀星雲中的塵埃卻存在於外殼緻密纖維中。」

論文合著者、美國海軍研究實驗室馬丁拉明（Martin Laming）說：「目前，韋伯望遠鏡的光譜數據覆蓋了蟹狀星雲的兩個小區域，因此研究更多殘骸並確定任何空間變化非常重要。如果我們能夠識別出鈷或鍺等其它元素，那就太有趣了。」

科學家表示，未來將繼續研究JWST望遠鏡收集到的資料，並與其它觀測結果結合，以了解蟹狀星雲和其它天體的生成過程。◇

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