蟹狀星雲

蟹狀星雲產生在公元1054年一次明亮的超新星爆發：SN 1054。當時中國、印度、阿拉伯和日本天文學家都記錄了這一天文現象。而星雲是由約翰·貝維斯在1731年第一次觀測到的。1758年，查爾斯·梅西耶在觀測一顆亮彗星時再次獨立發現了這個星雲。於是梅西耶將星雲作為自己的類彗星天體星表中第一個成員。1848年，羅斯伯爵在比爾城堡觀測到了此星雲，因為他繪製的圖像形狀與螃蟹類似，因此被稱為蟹狀星雲。

NASA製作的蟹狀星雲

20世紀早期，對早期間隔數年的星雲照片進行的分析顯示它正在不斷膨脹。根據其膨脹速度反推可得，該星雲在地球上開始可見的時間至少在7400（900年加上光從那裏傳播到地球的時間約6500年，見上文）年以前。而中國天文學家在1054年的記錄在天空的相同區域產生過一顆亮星，甚至白天都可觀測到。雖然距離十分遙遠，但是當時中國人觀測到的客星在白天也能看見，因此只可能是超新星。這是一種自身的核聚變已經終止並坍縮，從而發生爆炸的大質量恆星。

近期對歷史記載的分析表明，產生蟹狀星雲的超新星爆發時間為4月或5月上旬，到了7月最亮時視星等升至-7到-4.5之間（比夜空中除了月球以外的任何天體都亮）。該超新星在首次發現大約兩年之內都可用肉眼看到。歸功於東亞和中東地區的天文學家在1054年的觀測記錄，蟹狀星雲成為第一個被確認與超新星爆發有關的天體。

蟹狀星雲是膨脹的超新星遺蹟，是由公元1054年中國和阿拉伯天文學家觀測發現的，當恆星爆炸後，它將留下一種叫做“脈衝星”的高密度恆星殘骸。這種脈衝星以每秒30次的速度旋轉着，但是伴隨着它不斷噴射粒子和電場風，脈衝星的旋轉速度逐漸慢下來。

其中主要的宇宙粒子是電粒子，它們主要以X射線和伽馬射線的形式進行高能量放射線噴射，當它們通過蟹狀星雲的磁場時會被加速。但是之前研究人員尚不清楚這些宇宙粒子具體在什麼位置發生加速。英國南安普敦大學研究員託尼・迪安稱，這種宇宙粒子加速現象的發生通常非常接近於脈衝星。

據悉，迪安和研究同事是基於歐洲INTEGRAL衞星的觀測數據得出此結論的，該研究顯示脈衝星46%的伽馬射線噴射都出現了偏振，同時伴隨着光子的電磁場以共有方位排列着。美國宇航局戈達德太空飛行中心的大衞・湯普森説，“這在天體物理學上是一個非常高比例的天文現象，像如此高百分比的偏振現象意味着這裏的狀況很好，其內部的磁場十分有序。”

像這樣秩序井然的磁場通常被認為出現於脈衝星附近，而脈衝星表面的磁場要比地球磁場強1萬億倍。這種磁場非常像一個條棒狀磁鐵，由於它非常接近脈衝星，從其中一個磁場極浮現出的磁場線將發生彎曲，在其返回至其他磁場極之前形成油炸圈餅的形狀。湯普森告訴《新科學家》雜誌説，“磁場一旦就離開了脈衝星，其狀況就變得更加複雜了，其原因是磁場開始分裂成為小片斷和節結。”這項最新研究結果表明，脈衝星宇宙風中的粒子流正被加速接近脈衝星，之後磁場才變得紊亂複雜。

湯普森稱，該發現符合理論預測，該預測很難進行觀測。只有少數應用於X射線和伽馬射線波長的偏振測量方法才能實現。意大昨的裏雅斯特市國際高級研究學院的安納里斯・塞洛蒂對該項研究評論稱，這是因為測量高能量光子偏振方向很難，而且當前測試手段並不靈敏，不能完全測量出遙遠天體的偏振現象。

湯普森對塞洛蒂的評論表示贊同，他説，“這種現象在另一顆脈衝星上很難進行復雜再現，這是由於蟹狀星雲與地球非常接近，只有6500光年之遙。從而使其成為相對容易探測的研究目標。蟹狀星雲是所有天文學研究人員的最鍾愛的天體物理學研究室，我們已對這些簡單問題進行了研究解答，我們要做的是進行更復雜的研究。

這項最新研究洞察了磁場作為“引擎裝置”加速粒子，將有助於研究人員推斷究竟是什麼動力在推動更遙遠、更昏暗的天體目標。湯普森説，“脈衝星及其周圍區域是非常極端的天體物理學實例。你所瞭解的關於其如何運作的原理，將幫助我們理解粒子加速度和磁場形成的基礎物理特性。” ^[1] 

蟹狀星雲在可見光區中有大量橢圓形的絲狀結構圍繞着彌散的藍色核心區域，長達6角分，寬達4角分（相比而言，滿月的直徑為30角分），是視直徑最大的天體之一。從三維的角度看，該星雲的形狀是一個長橢球體 ^[6]  這些絲狀結構是前身星大氣層的殘餘成分，主要由離子化的氦和氫組成，也含有碳、氧、氮、鐵、氖和硫。這些絲狀結構的温度通常處於11,000–18,000K之間，而它們的密度大約為每立方厘米1,300個粒子。 ^[7] 

儘管蟹狀星雲是天文學家關注的焦點之一，但由於每種估測方法都存在不確定性，它的距離誤差仍然是一個懸而未決的問題。2008年得到的共識是它離地球的距離為2.0±0.5千秒差距（6.5±1.6千光年）。蟹狀星雲正以大約1,500 km/s的速度膨脹。 ^[8]  對間隔數年的星雲照片進行分析，結果是它正在緩慢膨脹 ^[9]  ，比較這種角膨脹和譜線紅移可以測定膨脹速度，此方法也能估測該星雲到地球的距離。1973年，一項運用多種不同方法測距的分析得出了它距離地球約6,300光年的結論,根據它的視直徑大小及距離可以計算出其直徑約為13±3光年。 ^[10] 

估測星雲的總質量對於估計對應超新星的前身星質量是至關重要的。蟹狀星雲絲狀結構含有的物質（離子和中性氣體噴射物，主要是氦，）估計質量可達4.6±1.8M_☉ ^[12] 

絢麗多彩的蟹狀星雲日前引起了天文學家們的濃厚興趣：位於其中心部位的脈衝射電源有可能是迄今為止人類發現的首個具有四個磁極的天體構造。

通常情況下，宇宙中的脈衝射電源都只擁有一對磁極——北極和南極。但美國新墨西哥理工學院的提姆·漢金斯和吉恩·埃雷克等人卻發現，傳統的雙磁極理論根本無法解釋蟹狀星雲中脈衝射電源的活動情況。漢金斯表示，由於存在着多個磁極相互作用的現象，蟹狀星雲中射電源的磁場受到了明顯的扭曲。

科學家們介紹説，在浩瀚的宇宙中，絕大多數脈衝射電源都只產生一種脈衝，而有少部分除了一個主脈衝外還擁有另外一個次脈衝--後者被稱為“中間脈衝”。專家們認為，每一種脈衝都會對應兩個磁極，它們的關係就像是一對密不可分的朋友。然而漢金斯和埃雷克卻發現，蟹狀星雲中的脈衝射電源卻完全與眾不同——其主脈衝短暫而強烈，“中間脈衝”持續的時間很長，功率卻很弱。

除此之外，這一“中間脈衝”所發出的無線電輻射也與其他脈衝射電源的完全不同。另一位美國科學家保羅·弗裏埃爾在分析了漢金斯等人的研究成果後指出，在蟹狀星雲中發現的“中間脈衝”所產生的輻射極其特別，此前還從未碰到過類似的情況。

根據漢金斯提出的觀點，導致“中間脈衝”輻射異常的原因可能是因為存在着第三個磁極。或許，第三個磁極是在脈衝射電源形成的過程中出現的。至於上述過程是如何發展的還有待於進一步的研究。

漢金斯補充説，蟹狀星雲中的脈衝射電源應該還擁有第四個磁極--因為所有的磁極都是成對出現的。

據美國宇航局官網報道，近日，美國宇航局三大天文台觀測到“蟹狀星雲”中的一顆中子星正在釋放大量高能粒子，它的能量釋放速率相當於太陽的10萬倍。

哈勃望遠鏡和錢德拉X射線天文台拍攝的圖片(5張)

大約在公元1054年，人類從地球上就可以觀測到金牛座一顆恆星死亡所引起的超新星爆炸。到了近千年後的今天，人們仍可以看到這顆恆星死亡後的壯觀景象。在超新星爆炸發生後，產生了一種超高密度的天體，即中子星，而爆炸殘留物所佔領的區域就是人們所知道的“蟹狀星雲”。這顆中子星正在向“蟹狀星雲”輻射出大量的高能粒子，形成高能粒子風暴。美國宇航局錢德拉X射線天文台的觀測數據顯示，這顆中子星就像是一台巨大的宇宙發電機。

哈勃太空望遠鏡和斯必澤空間望遠鏡也參與了觀測。美國宇航局根據三大天文望遠鏡所觀測到的數據，最終形成了一張“蟹狀星雲”中子星高能粒子風暴的合成圖。圖中的藍色部分就是由錢德拉X射線天文台數據所形成的X射線圖像，黃色和紅色部分則是由哈勃太空望遠鏡所拍攝的光學圖像，而紫色部分則是由斯必澤空間望遠鏡所拍攝的紅外圖像。其中，X射線圖像比其他圖像都要小，這是因為極端高能電子所釋放的X射線比低能電子所釋放的光學和紅外射線能量衰減速度要快得多。

一直以來，“蟹狀星雲”都是被人類研究最多的太空目標之一，它已經被科學家們看作是宇宙的形象代表。在過去十年間，錢德拉X射線天文台經常協同其他天文望遠鏡對“蟹狀星雲”進行聯合觀測。 ^[2] 

中國天宮二號在國內首次實現了利用觀測到蟹狀星雲脈衝星的脈衝信號進行定軌，推動了脈衝星觀測和導航技術發展。 ^[14]