钱德拉揭示了仙后座的自然本质

编译/于巧峰

大部分地球生命所必需的元素来自哪里？答案是来自恒星的大火炉以及一些标志着恒星生命结束的大爆炸。因此，长期以来天文学家一直在研究爆炸的恒星及其遗迹（被称为“超新星遗迹”），以便更好地理解恒星是如何产生并传播在宇宙中探测到的众多元素的。

由于其独特的进化地位，仙后座A是科学界最为深入研究过的超新星遗迹之一。美国航空航天局钱德拉X射线天文台的一幅新图像显示了其爆炸遗迹中不同元素的分布：硅（红色）、硫（黄色）、钙（绿色）和铁（紫色）。这些元素中的每一种都在狭窄的能量范围内产生X射线，使得天文学家可以创建其分布图，而爆炸的爆炸波看上去是蓝色的外环。

“钱德拉”等X射线望远镜对于研究超新星遗迹及其产生的元素十分重要，因为这些活动会产生极高的温度——高至数百万摄氏度，甚至在爆炸后数千年仍是如此。这意味着包括仙后座A在内的许多超新星遗迹在其他类型的望远镜无法探测到的X射线波段上发光最为强烈。

钱德拉项目锐利的X射线视力使得天文学家可以收集有关像仙后座A那样的天体产生的元素的详细信息。这一项目由位于亚拉巴马州亨茨维尔的美国航空航天局马歇尔太空飞行中心负责管理，由位于马萨诸塞州剑桥的史密森天体物理观测站控制其科学研究活动和飞行操作。通过这一项目，科学家不仅能够识别存在的许多元素，还能识别出每种元素中有多少被传播到了星际空间中。

“钱德拉”的数据表明，产生仙后座A的超新星爆发出大量的关键宇宙成分。天文学家发现，仙后座A已经散播了大约10 000个地球质量的硫、大约20 000个地球质量的硅以及大约70 000个地球质量的铁。此外，还有高达100万个地球质量的氧气从仙后座A扩散入太空，约相当于太阳质量的3倍。（即使氧是仙后座A中最丰富的元素，但与图中所示的其他元素不同，它的X射线分布在很宽的能量范围内，无法在这个图像中单独显现出来。）

除了这张新的“钱德拉”图像中显示出的元素之外，天文学家还在仙后座A中发现了其他元素。通过使用各种望远镜观察电磁波谱的不同部分，碳、氮、磷和氢也已被检测到。结合对氧的检测，就意味着制造DNA的所有元素，即携带遗传信息分子的所有元素，都在仙后座A 中找到了。

氧是人体中最丰富的元素（约占人体质量的65%），钙有助于形成和维持健康的骨骼和牙齿，而铁是身体中携带氧气的红细胞的重要组成部分。太阳系中的所有氧气都来自大质量恒星的爆炸，大约50%的钙和约40%的铁也来自这些爆炸，而质量较小的白矮星的爆炸促成了这些元素的平衡。

虽然确切的日期尚未确定，但许多专家认为，创造了仙后座A的恒星爆炸发生在地球时间1680年左右。天文学家估计，在爆炸之前，这颗劫数难逃的恒星的质量大约是太阳质量的5倍，而其生命之初的质量估计为太阳质量的16倍。在爆炸前的数十万年时间里，这颗恒星大约2/3的质量被强烈的宇宙风吹散了。

在其生命的早期，这颗恒星就开始通过核聚变将其核心中的氢和氦融合成较重的元素。在这一过程中，聚变产生的能量平衡了恒星对重力的作用。这些反应一直持续到在恒星的核心形成铁。此时，进一步的核聚变将消耗而不是产生能量，因此引力使得恒星内爆并形成密集的恒星核心，即中子星。

内爆之后产生巨大爆炸的原因是复杂的，这是一个需要深入研究的主题。但最终，中子星外面不断下落的物质在其被超新星爆发向外排出时被进一步的核反应所改变。

钱德拉X射线望远镜于1999年升入太空以来，对仙后座A进行了反复观测，收集到大量的数据。这些数据集揭示了有关仙后座A中的中子星的新信息、爆炸的细节以及碎片如何被抛入太空的具体情况。