天關客星

天關客星是1054年金牛座內爆發的一顆超新星，古代中國和阿拉伯的天文學家在史書中對這顆星留下了詳細的記錄。

根據史籍中的記錄可以推斷，這顆超新星在23天的時間內白天都可以見到，在夜晚可見的時間則持續了一年十個月。據研究，這顆星可能是Ⅱ型超新星。天關客星爆炸後的遺骸形成了蟹狀星雲，在1774年收錄在梅西耶星表中成為第1號天體。

在人類有文字記載的歷史上，觀測到銀河系內的超新星爆發非常少。除了蟹狀星雲以外，還有被第谷和他的學生開普勒觀測到的第谷超新星與開普勒超新星。據天文學家推算，銀河系內的超新星爆發平均20-50年出現一次。但是大都發生在銀核內部，或者在銀盤的另一半完全被銀核遮擋。蟹狀星雲的超新星爆發，恰巧發生在銀河系內與太陽同一側銀盤上但是比太陽系更遠離銀核的外側。這樣的部位發生超新星爆發，從地球上觀測完全沒有遮擋，但是這樣機會就極為罕見。

20世紀早期，對早期間隔數年的星雲照片進行分析表明，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900年以前。而中國天文學家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 ^[3]  。由於距離十分遙遠，當時中國人觀測到的白天的“客星”只可能是超新星。這是一種核聚變已耗盡能量並自行坍縮，從而發生爆炸的巨大恆星 ^[4]  。

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 ^[5]  。

歸功於古代中國和阿拉伯地區天文學家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 ^[4]  。

蟹狀星雲的中心有兩顆暗星，其中一顆與此次超新星爆發直接相關。1942年，魯道夫·閔可夫斯基發現它的光譜極不尋常，從而確認了它的特殊性。到了1949年，天文學家發現此星附近區域是很強的無線電波和X射線輻射源。1967年，它被確認為天空中γ射線輻射強度最大的天體之一。第二年，地球上接受到它放出的輻射脈衝，因此它成為最早發現的脈衝星之一。

脈衝星是強大的電磁輻射源，它們以一定而且很短的週期釋放輻射脈衝，頻率可達每秒數百次。1967年剛發現這種天體時就產生一個令人費解的謎團，該團隊甚至考慮了那可能是先進文明發出的信號。然而，在蟹狀星雲中心發現了脈衝射線源，這成為證明該星雲起源於超新星爆發的強有力的證據。現在認為它們是高速自轉的中子星，它們的強磁場將輻射約束成很窄的波束向外釋放。

據信，蟹狀星雲脈衝星的直徑約為28–30千米，它每隔33毫秒發射一次輻射脈衝。輻射脈衝的波長跨越了從無線電波到γ射線的整個電磁波譜。與其他孤立的脈衝星一樣，它的自轉週期正在逐漸變慢。有時它的輻射週期會發生急劇變化，稱作自轉突變，這是由於中子星內部的突然重新組合引起的。脈衝星自轉減緩時放出巨大的能量，併發射同步輻射，總光度可達太陽的75,000倍之多。

蟹狀星雲中心區域由於脈衝星極高能量的不斷釋放而變得異常活躍。大多數天體的演化非常緩慢，只有經歷很長的時間尺度才能覺察出變化。而蟹狀星雲的內部在幾天之內就能產生明顯變化。星雲內部最活躍的特徵，是脈衝星的赤道風猛烈衝擊稀疏的其他區域，形成激波陣面。這種激波的形狀和位置瞬息萬變，赤道風一陣陣地形成然後漸漸減弱並消失，這是因為它們進入了遠離脈衝星的星雲內部。

發生爆炸成為超新星的那顆恆星被稱作前身星（Progenitor star）。有兩種類型的恆星會發生超新星爆發：白矮星和大質量恆星。在所謂的Ia型超新星中，氣體不斷落在白矮星上，不斷增大其質量直至接近臨界值——錢德拉塞卡極限，最終的結果自然是發生爆炸。而對於Ib/c型和Ⅱ型超新星，它們的前身星是一顆核聚變反應耗盡了燃料的大質量恆星，最終發生坍縮並不斷升温，最終達到超新星爆發的臨界温度。蟹狀星雲中心存在脈衝星表明它一定是由核心坍縮型超新星形成的，因為Ia型超新星不產生脈衝星。

超新星爆發的理論模型表明爆炸形成蟹狀星雲的超新星質量至少為太陽質量的9到11倍。質量小於8倍太陽質量的恆星因太小而不能發生超新星爆發，它們的最終宿命是行星狀星雲。如果一顆恆星的質量大於太陽的12倍，那麼它產生的星雲化學成分會與蟹狀星雲中實際檢測到的不符。

研究蟹狀星雲遇到的一個重大問題是星雲和脈衝星的總質量明顯比推測的前身星質量小。關於那些消失的質量的謎團至今仍未解開。首先通過它發出的總光度估算星雲的質量，然後計算所需質量，可以得出星雲的温度和密度。質量的區間估計是太陽質量的1–5倍之間，而一般研究者認為太陽質量的2–3倍是合適的估計值。此外，中子星的質量估計為1.4至2倍太陽質量。

解釋蟹狀星雲消失質量的主要理論是前身星的一部分物質在超新星爆發之前就由星風帶走了，這種現象在沃爾夫–拉葉星中是很常見的。然而，這會在星雲外形成一個殼層。儘管天文學試圖使用各種不同的波長來探測殼層，但至今還沒有任何發現。