錢德拉揭示了仙后座的自然本質

編譯/于巧峰

大部分地球生命所必需的元素來自哪里？答案是來自恒星的大火爐以及一些標志著恒星生命結束的大爆炸。因此，長期以來天文學家一直在研究爆炸的恒星及其遺跡（被稱為“超新星遺跡”），以便更好地理解恒星是如何產生并傳播在宇宙中探測到的眾多元素的。

由于其獨特的進化地位，仙后座A是科學界最為深入研究過的超新星遺跡之一。美國航空航天局錢德拉X射線天文臺的一幅新圖像顯示了其爆炸遺跡中不同元素的分布：硅（紅色）、硫（黃色）、鈣（綠色）和鐵（紫色）。這些元素中的每一種都在狹窄的能量范圍內產生X射線，使得天文學家可以創建其分布圖，而爆炸的爆炸波看上去是藍色的外環。

“錢德拉”等X射線望遠鏡對于研究超新星遺跡及其產生的元素十分重要，因為這些活動會產生極高的溫度——高至數百萬攝氏度，甚至在爆炸后數千年仍是如此。這意味著包括仙后座A在內的許多超新星遺跡在其他類型的望遠鏡無法探測到的X射線波段上發光最為強烈。

錢德拉項目銳利的X射線視力使得天文學家可以收集有關像仙后座A那樣的天體產生的元素的詳細信息。這一項目由位于亞拉巴馬州亨茨維爾的美國航空航天局馬歇爾太空飛行中心負責管理，由位于馬薩諸塞州劍橋的史密森天體物理觀測站控制其科學研究活動和飛行操作。通過這一項目，科學家不僅能夠識別存在的許多元素，還能識別出每種元素中有多少被傳播到了星際空間中。

“錢德拉”的數據表明，產生仙后座A的超新星爆發出大量的關鍵宇宙成分。天文學家發現，仙后座A已經散播了大約10 000個地球質量的硫、大約20 000個地球質量的硅以及大約70 000個地球質量的鐵。此外，還有高達100萬個地球質量的氧氣從仙后座A擴散入太空，約相當于太陽質量的3倍。（即使氧是仙后座A中最豐富的元素，但與圖中所示的其他元素不同，它的X射線分布在很寬的能量范圍內，無法在這個圖像中單獨顯現出來。）

除了這張新的“錢德拉”圖像中顯示出的元素之外，天文學家還在仙后座A中發現了其他元素。通過使用各種望遠鏡觀察電磁波譜的不同部分，碳、氮、磷和氫也已被檢測到。結合對氧的檢測，就意味著制造DNA的所有元素，即攜帶遺傳信息分子的所有元素，都在仙后座A 中找到了。

氧是人體中最豐富的元素（約占人體質量的65%），鈣有助于形成和維持健康的骨骼和牙齒，而鐵是身體中攜帶氧氣的紅細胞的重要組成部分。太陽系中的所有氧氣都來自大質量恒星的爆炸，大約50%的鈣和約40%的鐵也來自這些爆炸，而質量較小的白矮星的爆炸促成了這些元素的平衡。

雖然確切的日期尚未確定，但許多專家認為，創造了仙后座A的恒星爆炸發生在地球時間1680年左右。天文學家估計，在爆炸之前，這顆劫數難逃的恒星的質量大約是太陽質量的5倍，而其生命之初的質量估計為太陽質量的16倍。在爆炸前的數十萬年時間里，這顆恒星大約2/3的質量被強烈的宇宙風吹散了。

在其生命的早期，這顆恒星就開始通過核聚變將其核心中的氫和氦融合成較重的元素。在這一過程中，聚變產生的能量平衡了恒星對重力的作用。這些反應一直持續到在恒星的核心形成鐵。此時，進一步的核聚變將消耗而不是產生能量，因此引力使得恒星內爆并形成密集的恒星核心，即中子星。

內爆之后產生巨大爆炸的原因是復雜的，這是一個需要深入研究的主題。但最終，中子星外面不斷下落的物質在其被超新星爆發向外排出時被進一步的核反應所改變。

錢德拉X射線望遠鏡于1999年升入太空以來，對仙后座A進行了反復觀測，收集到大量的數據。這些數據集揭示了有關仙后座A中的中子星的新信息、爆炸的細節以及碎片如何被拋入太空的具體情況。