時光長廊：十幾年來錢德拉X射線天文觀測站記錄下的蟹狀星雲

文：娟娟

轉眼間，錢德拉X射線天文觀測站發射到太空中已經19年了。曾經預計的服役期只有5年，而今它依然在繼續工作著，為人類帶來了超新星、脈衝星、伽馬射線暴、超大質量黑洞、褐矮星和暗物質的大量數據。

在錢德拉X射線天文觀測站的觀測目標中，蟹狀星雲是最早的一批對象之一，從那之後它也成為了一個被經常觀察的對象。

蟹狀星雲是一顆大質量恆星以超新星爆炸的形式結束其生命後留下的破碎殘骸。公元1054年，中國的天文學家記錄下了這顆在金牛座的方向上出現的超新星。

這片超新星遺迹距離地球大約有6500光年遠，它本身大約覆蓋了5光年的區域。

今天，天文學家知道蟹狀星雲是被一個快速旋轉、高度磁化的被稱為脈衝星的中子星所驅動的。快速的旋轉和強磁場結合在一起，生成強烈的電磁場，在脈衝星的南北兩極產生物質和反物質噴流（jets of matter and anti-matter），並從赤道方向流出一種強烈的風。

接下來我們一起欣賞數年來由錢德拉X射線天文觀測站拍攝下的蟹狀星雲。

1、1999年，錢德拉的數據揭示了人們此前從未見過的蟹狀星雲的特徵，包括圍繞著星雲中心的一圈明亮的高能量粒子環。

詳見http://chandra.harvard.edu/photo/1999/0052/

2、2002年，蟹狀星雲的動態特性被生動地展現出來。之前看到的明亮高能量粒子環包括大約二十四個節點，它們形成、變亮、變淡，周圍抖動，偶爾會發生爆發，產生膨脹的粒子云，但是依然保持在大致相同的位置。這些節點是由衝擊波引起的，類似於音爆（sonic boom），來自脈衝星的快速移動的粒子猛烈撞擊周圍的氣體。來自這個環的明亮光束以一半的光速向外移動，在離脈衝星更遠的地方形成第二個膨脹環。

詳見http://chandra.harvard.edu/photo/2002/0052/

3、2006年，這是第一張蟹狀星雲的合成圖，數據來自錢德拉(淺藍色)、哈勃(綠色和深藍色)、斯皮策（紅色）。

詳見http://chandra.harvard.edu/photo/2006/crab/

4、2008年，來自錢德拉的持續觀測的數據提供了蟹狀星雲更清晰的圖像，科學家第一次發布了蟹狀星雲脈衝星風星雲模糊邊緣的景象。數據顯示了被天文學家稱為「手指（fingers）」、「環（loops）」、「灣（bays）」的結構，這些特徵表明星雲的磁場和冷卻物質的細絲正在控制電子和正電子（電子的反粒子）的運動。這些粒子可以在沿著磁場的方向上快速移動，並在輻射掉它們的能量之前前進數光年之遠的距離。與之相反的是，在垂直於磁場的方向上，這些粒子運動的要慢很多，在輻射掉它們的能量之前只會移動很短的一段距離。

詳見http://chandra.harvard.edu/photo/2008/crab/

5、2014年，為了慶祝錢德拉發射15周年，幾張超新星遺迹的新照片被發布，其中就包括蟹狀星雲（圖示左上第一張）。在該圖中，X射線的數據被分成3個不同的能帶（energy bands），錢德拉觀測到的最低能量的X射線被著以紅色，中間能帶被著以綠色，最高能的X射線被著以藍色。值得注意的是，圖像中最高能量x射線的範圍比另外兩種x射線的範圍要小，這是因為負責最高能x射線的能量最高的電子輻射掉其能量的速度快於較低能量的電子。

詳見http://chandra.harvard.edu/photo/2014/15year/

6、2017年，在曾經的多波長圖像的基礎上構建了蟹狀星雲非常精細的視圖，使用了來自幾乎覆蓋所有電磁波譜的望遠鏡數據。其中無線電波數據來自Karl G. Jansky Very Large Array（紅色），哈勃望遠鏡光學數據（綠色），紅外數據來自斯皮策（黃色），X射線數據來自XMM牛頓（藍色），錢德拉數據（紫色）。

詳見http://chandra.harvard.edu/photo/2017/crab/

參考資料：

https://www.nasa.gov/mission_pages/chandra/images/a-crab-walks-through-time.html

https://www.nasa.gov/multimedia/imagegallery/image_feature_567.html