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『蟹状星云』什么是多波段天文学？看这一篇就足够了！( 二 )


图2.在新墨西哥州查科峡谷发现的象形文字 被考古学家认为是关于公元1054年超新星的绘画.(图片来源: Flickr user John Fiveash (jsfiveash)
公元1054年7月 ， 中国宋朝的天文学家和古代普韦布洛人(居住在当今美国西南地区的古代美洲原住民)记录了一颗新星的出现 。 中国宋朝司天监对那次爆发作出过观测 ， 史料中有以下记载:《宋史·仁宗本纪》中(嘉佑元年三月)辛未 ， 司天监言:自至和元年五月 ， 客星晨出东方 ， 守天关 ， 至是没 。 (客星一词是中国古代钦天监对彗星、新星或超新星的称呼 。 “客星”寓意像客人一样来了又会离开 。 )整个超新星的爆发过程持续了数月之久 ， 即使是白天也可以看见 。
在19世纪 ， 法国天文学家查尔斯·梅西耶(Charles Messier)在与1054年的超新星爆发的相同位置记录了一个模糊的光球 。 模糊的光球在梅西耶的描述中就像一颗彗星 ， 但它并没有在天空中移动 。 梅西耶记录了该星云 ， 描述它具有螃蟹形状的外观 ， 因此被称为蟹状星云 。 查尔斯·梅西耶在天文学中的成就就是给星云、星团和星系编上了号码 ， 并制作了著名的“梅西耶星团星云列表” ， 蟹状星云被放在第1号的位置Messier 1 ， 简称为M1星云 。 同时蟹状星云也是1960年代初发现的第一批X射线源之一 。 当时天文学家进行了第一批X射线天文学观测 ， 并在以它所在的金牛星座(Taurus)中将X射线源的名字命名为Tau X-1 。 (我想可能会有读者因为M1星云而联想到了M78星云 ， 想到了M78星云是不是真的盛产奥特曼？我在翻译的时候也想过这个问题 ， 这个问题值得留坑去水做一期科普 。 )
现在天文学家知道蟹状星云是超新星遗迹(SNR) 。 巨大恒星的核心在燃烧完所有的核燃料的时候 ， 内部产生的斥力不足以支撑自身对外层的吸引力时 ， 整个恒心会发生塌缩 。 恒星在坍塌的过程中释放了巨大的能量 ， 将恒星的表面层炸裂并抛向太空 。 排出的气体形成了至今仍在膨胀的星云 。 当中心恒星坍塌时 ， 由于角动量守恒和磁通守恒 ， 中子星至今仍然是一个快速旋转的天体 ， 在其表面附近具有强磁场 ， 在中子星磁极方向上有大量的光子辐射出来 。 由于中子星旋转的频闪效应产生可以在射电、光学和X射线波长处观察到的脉冲 ， 就像海岸边的灯塔一样 。 因此每当中子星磁极指向地球时 ， 我们就会看到中子星发出的闪光 。 这样发出脉冲的中子星也被称为脉冲星 。
射电天文观测
蟹状星云的射电图像是由甚大天线阵(Very Large Array)拍摄的 ， 显示了蟹状星云在射电波段下的样子 。 在此图像中可以看到两个鲜明的特征 。 指向图像中心的明亮白点是位于星云中心的脉冲星 。 这是已经坍塌成中子星的恒星的核心 。 中子星以每秒约60次的射电频率产生脉冲 。 在此图像中 ， 脉冲星的闪光比较模糊是因为该图像的曝光时间比单个1/60秒脉冲要长得多 。 围绕脉冲星的绿色部分反映了来自在星云内部磁场中旋转的自由电子的无线电发射情况 。
图3.蟹状星云的射电图像.(图片来源: NRAO/AUI)
红外天文观测
Spitzer太空望远镜拍摄的蟹状星云的红外图像显示了两种类型的特征 。 蓝白色区域的由被俘获在脉冲星磁场中的高能电子云发射 ， 而电子云由快速旋转的脉冲星驱动加速 。 除此之外 ， 我们还可以在照片中发现弥漫在星云间的红色纤维状星云物质 ， 而他们又是什么？我会在下面的光学观测部分进一步解释 。
图4.蟹状星云的红外图像.(图片来源: NASA/JPL-Caltech/R. Gehrz)
光学观测
像红外图像一样 ， 可见光中的蟹状星云在星云的外边缘显示出一层带红色的纤维 ， 并在星云的蓝色的核心周围发射出射线 。 星云的蓝色的核心来自星云内的电子 ， 这些电子被中心中子星的磁场偏转和加速 。 辐射显示为蓝色 ， 因为此过程在可见光谱的较短(较蓝)波长部分发射的光比较长(较红)波长部分发射的光要更多 。


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