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蟹狀星云
超新星殘骸和脈沖風(fēng)星云
蟹狀星云（M1 ，NGC 1952或金牛座 A）是位于金牛座ζ星（天關(guān)）東北面的一個超新星殘骸和脈沖風(fēng)星云，是銀河系英仙臂的一部分，距地球約6,500光年（2,000秒差距），直徑達11光年（3.4秒差距），并以每秒約1,500公里的速度膨脹。
簡介
蟹狀星云
1892年美國天文學(xué)家拍下了蟹狀星云的第一張照片，30年后天文學(xué)家在對比蟹狀星云以往的照片時，發(fā)現(xiàn)它在不斷擴張，速度高達1100公里/秒，于是人們便對蟹狀星云的起源發(fā)生了興趣。由于蟹狀星云擴張的速度非?？欤谑翘煳膶W(xué)家便根據(jù)這一速度反過來推算它形成的時間，結(jié)果得出一個結(jié)論：在900多年前，蟹狀星云很可能只有一顆恒星的大小。因此1928年美國天文學(xué)家哈勃第一次把它與超新星拉上了關(guān)系，認為蟹狀星云是公元1054年古人觀測到的超新星爆發(fā)后留下的遺跡。
在西方的史料中，沒有找到相關(guān)的任何記錄，但在中國的史料中，卻找到了很多有關(guān)1054年曾有過超新星劇烈爆發(fā)的珍貴記錄資料。
起源
蟹狀星云產(chǎn)生在公元1054年一次明亮的超新星爆發(fā)：SN 1054。當(dāng)時中國、印度、阿拉伯和日本天文學(xué)家都記錄了這一天文現(xiàn)象。而星云是由約翰·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獨立地再次發(fā)現(xiàn)這個星云。于是梅西耶將星云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云，因為他繪制的圖像形狀與螃蟹類似，因此被稱為蟹狀星云。
NASA制作的蟹狀星云視頻
20世紀早期，對早期間隔數(shù)年的星云照片進行的分析顯示它正在不斷膨脹。根據(jù)其膨脹速度反推可得，該星云在地球上開始可見的時間至少在7400（900年加上光從那里傳播到地球的時間約6500年，見上文）年以前。而中國天文學(xué)家在1054年的記錄在天空的相同區(qū)域產(chǎn)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(dāng)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(jīng)終止并坍縮，從而發(fā)生爆炸的大質(zhì)量恒星。
近期對歷史記載的分析表明，產(chǎn)生蟹狀星云的超新星爆發(fā)時間為4月或5月上旬，到了7月最亮?xí)r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(fā)現(xiàn)大約兩年之內(nèi)都可用肉眼看到。歸功于東亞和中東地區(qū)的天文學(xué)家在1054年的觀測記錄，蟹狀星云成為第一個被確認與超新星爆發(fā)有關(guān)的天體。
粒子加速器
蟹狀星云
蟹狀星云是膨脹的超新星殘留體，是由公元1054年中國和阿拉伯天文學(xué)家觀測發(fā)現(xiàn)的，當(dāng)恒星爆炸后，它將留下一種叫做“脈沖星”的密集恒星尸體。這種脈沖星以每秒30次的速度旋轉(zhuǎn)著，但是伴隨著它不斷噴射粒子和電場風(fēng)，脈沖星的旋轉(zhuǎn)速度逐漸減弱下來。
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(dāng)它們通過蟹狀星云的磁場時會被加速。但是之前研究人員尚不清楚這些宇宙粒子具體在什么位置發(fā)生加速。目前，英國南安普敦大學(xué)研究員托尼?迪安稱，這種宇宙粒子加速現(xiàn)象的發(fā)生通常非常接近于脈沖星。
據(jù)悉，迪安和研究同事是基于歐洲INTEGRAL衛(wèi)星的觀測數(shù)據(jù)得出此結(jié)論的，該研究顯示脈沖星46%的伽馬射線噴射都出現(xiàn)了偏振，同時伴隨著光子的電磁場以共有方位排列著。美國宇航局戈達德太空飛行中心的大衛(wèi)?湯普森說，“這在天體物理學(xué)上是一個非常高比例的天文現(xiàn)象，像如此高百分比的偏振現(xiàn)象意味著這里的狀況很好，其內(nèi)部的磁場十分有序?！?/span>
像這樣秩序井然的磁場通常被認為出現(xiàn)于脈沖星附近，而脈沖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，由于它非常接近脈沖星，從其中一個磁場極浮現(xiàn)出的磁場線將發(fā)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(xué)家》雜志說，“磁場一旦就離開了脈沖星，其狀況就變得更加復(fù)雜了，其原因是磁場開始分裂成為小片斷和節(jié)結(jié)?！边@項最新研究結(jié)果表明，脈沖星宇宙風(fēng)中的粒子流正被加速接近脈沖星，之后磁場才變得紊亂復(fù)雜。
湯普森稱，該發(fā)現(xiàn)符合理論預(yù)測，該預(yù)測很難進行觀測。只有少數(shù)應(yīng)用于X射線和伽馬射線波長的偏振測量方法才能實現(xiàn)。意大昨的里雅斯特市國際高級研究學(xué)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(dāng)前測試手段并不靈敏，不能完全測量出遙遠天體的偏振現(xiàn)象。
湯普森對塞洛蒂的評論表示贊同，他說，“這種現(xiàn)象在另一顆脈沖星上很難進行復(fù)雜再現(xiàn)，這是由于蟹狀星云與地球非常接近，只有6500光年之遙。從而使其成為相對容易探測的研究目標(biāo)。蟹狀星云是所有天文學(xué)研究人員的最鐘愛的天體物理學(xué)研究室，我們已對這些簡單問題進行了研究解答，目前我們要做的是進行更復(fù)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，將有助于研究人員推斷究竟是什么動力在推動更遙遠、更昏暗的天體目標(biāo)。湯普森說，“脈沖星及其周圍區(qū)域是非常極端的天體物理學(xué)實例。你所了解的關(guān)于其如何運作的原理，將幫助我們理解粒子加速度和磁場形成的基礎(chǔ)物理特性。”
物理狀態(tài)
蟹狀星云在可見光區(qū)中有大量橢圓形的絲狀結(jié)構(gòu)圍繞著彌散的藍色核心區(qū)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，該星云的形狀是一個長橢球體。這些絲狀結(jié)構(gòu)是前身星大氣層的殘余成分，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(jié)構(gòu)的溫度通常處于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。
距離和大小
盡管蟹狀星云是天文學(xué)家關(guān)注的焦點之一，但由于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）。蟹狀星云正以大約1,500 km/s的速度膨脹。對間隔數(shù)年的星云照片進行分析，結(jié)果是它正在緩慢膨脹，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云到地球的距離。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(jié)論。根據(jù)它的視直徑大小及距離可以計算出其直徑約為13±3光年。
將時間追溯到1054年超新星爆發(fā)之后的幾十年，可以發(fā)現(xiàn)這個星云自從產(chǎn)生以來就在不斷加速膨脹。這種加速是因為中心的脈沖星產(chǎn)生的能量增強了星云的磁場，從而使星云膨脹，絲狀結(jié)構(gòu)不斷向外伸展。
質(zhì)量
估測星云的總質(zhì)量對于估計對應(yīng)超新星的前身星質(zhì)量是至關(guān)重要的。蟹狀星云絲狀結(jié)構(gòu)含有的物質(zhì)（離子和中性氣體噴射物，主要是氦）估計質(zhì)量可達4.6±1.8M☉。
輻射
1953年，約瑟夫·什克洛夫斯基（Iosif Shklovsky）提出彌散的藍色區(qū)域主要是由同步輻射造成的。這是指在磁場中回轉(zhuǎn)的相對論性電子（運動速度接近光速的電子）因為徑向加速度垂直于速度而發(fā)射出的電磁輻射。之后的觀測確認了此理論。到了20世紀60年代，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)電子偏轉(zhuǎn)的洛倫茲力來自于星云中心一顆中子星的強大磁場，在磁力的作用下電子發(fā)生偏轉(zhuǎn)，并沿運動的切線方向發(fā)出電磁輻射。
自2010年9月19日起，天文學(xué)家觀測到蟹狀星云的伽馬射線強度突然提高了2到3倍。一種解釋認為，爆發(fā)的短暫性表明電子還沒有加速到足以產(chǎn)生能量輻射的程度。當(dāng)電子被加速到極高能量時，星云磁場的強度可能也會比通常估計的要加強3到10倍。短暫的過程表明，伽馬射線可能源自星云內(nèi)部相對較小的一部分。另一種解釋則認為脈沖星的帶電粒子風(fēng)闖入了星云內(nèi)部，并擠壓星云的磁場。在這個過程中，磁場會釋放出巨大的能量，從而為電子加速提供能量源。
磁場
蟹狀星云的磁場強度約為10到高斯，根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程，電子的總能量約為10爾格。這顯然不能與剛形成時相提并論，因為絕大部分能量已通過絕熱損失輻射出去了。它的磁場有序程度很高，據(jù)國際伽瑪射線天體物理實驗室的數(shù)據(jù)，其γ射線輻射有46%是偏振的，光子的電磁場也同向分布。美國國家航空航天局戈達德太空飛行中心的大衛(wèi)·湯普森說：“在天體物理學(xué)中，這是非常嚴重的事情。如此高比例的偏振意味著這里得有非常好的條件，才能使磁場非常有序地排列?！?/span>
脈沖星磁場達到地球的10倍以上，類似于棒狀磁場。上述事實表明脈沖星產(chǎn)生的粒子流速度很高，以至于非常接近脈沖星，才使磁場發(fā)生了扭曲。但由于目前儀器精度所限，還不能通過測量來確認。蟹狀星云是絕無僅有的觀測目標(biāo)，因為其他脈沖星過于遙遠，難以深入研究。
其他
目前人類對蟹狀星云的觀測已覆蓋從無線電波到γ射線的整個波段。特別是錢德拉X射線天文臺發(fā)射以后，它先后發(fā)現(xiàn)了兩極的噴流，環(huán)繞著脈沖星赤道平面的星環(huán)，高速運動的亮條紋（wisp）和X射線強度很高的結(jié)節(jié)（knots）。這些結(jié)構(gòu)的運動速度都很快，例如亮條紋可達光速的0.35至0.5倍，噴流也有光速的0.1倍。而結(jié)節(jié)的亮度僅次于中央的脈沖星。其中蟹狀星云的異常部分之一是富氦星環(huán)，它的星環(huán)從東向西穿過脈沖星區(qū)域。星環(huán)中大約25%是可見噴出物，而計算結(jié)果表明95%都是氦。因此目前對于星環(huán)的結(jié)構(gòu)還沒有合理的解釋。
中心天體
蟹狀星云的中心有兩顆暗星，其中一顆與此星云的形成直接相關(guān)。1942年，魯?shù)婪颉らh可夫斯基發(fā)現(xiàn)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(xué)家發(fā)現(xiàn)此星附近區(qū)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沖，因此它成為最早發(fā)現(xiàn)的脈沖星之一。
脈沖星是強大的電磁輻射源，它們以一定而且很短的周期釋放輻射脈沖，頻率可達每秒數(shù)百次。1967年剛發(fā)現(xiàn)這種天體時就產(chǎn)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(fā)出的信號。然而，在蟹狀星云中心發(fā)現(xiàn)了脈沖射線源，這成為證明該星云起源于超新星爆發(fā)的強有力的證據(jù)。現(xiàn)在認為它們是高速自轉(zhuǎn)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(jù)信，蟹狀星云脈沖星的直徑約為28–30千米，它每隔33毫秒發(fā)射一次輻射脈沖。輻射脈沖的波長跨越了從無線電波到γ射線的整個電磁波譜。與其他孤立的脈沖星一樣，它的自轉(zhuǎn)周期正在逐漸變慢。有時它的輻射周期會發(fā)生急劇變化，稱作自轉(zhuǎn)突變，這是由于中子星內(nèi)部的突然重新組合引起的。脈沖星自轉(zhuǎn)減緩時放出巨大的能量，并發(fā)射同步輻射，總光度可達太陽的75,000倍之多。
蟹狀星云中心區(qū)域由于脈沖星極高能量的不斷釋放而變得異常活躍。大多數(shù)天體的演化非常緩慢，只有經(jīng)歷很長的時間尺度才能覺察出變化。而蟹狀星云的內(nèi)部在幾天之內(nèi)就能產(chǎn)生明顯變化。星云內(nèi)部最活躍的特征，是脈沖星的赤道風(fēng)猛烈沖擊稀疏的其他區(qū)域，形成激波陣面。這種激波的形狀和位置瞬息萬變，赤道風(fēng)一陣陣地形成然后漸漸減弱并消失，這是因為它們進入了遠離脈沖星的星云內(nèi)部。
前身星
發(fā)生爆炸成為超新星的那顆恒星被稱作前身星（Progenitor star）。有兩種類型的恒星會發(fā)生超新星爆發(fā)：白矮星和大質(zhì)量恒星。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(zhì)量直至接近臨界值——錢德拉塞卡極限，最終的結(jié)果自然是發(fā)生爆炸。而對于Ib/c型和II型超新星，它們的前身星是一顆核聚變反應(yīng)耗盡了燃料的大質(zhì)量恒星，最終發(fā)生坍縮并不斷升溫，最終達到超新星爆發(fā)的臨界溫度。蟹狀星云中心存在脈沖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(chǎn)生脈沖星。
超新星爆發(fā)的理論模型表明爆炸形成蟹狀星云的超新星質(zhì)量至少為太陽質(zhì)量的9到11倍。質(zhì)量小于8倍太陽質(zhì)量的恒星因太小而不能發(fā)生超新星爆發(fā)，它們的最終宿命是行星狀星云。如果一顆恒星的質(zhì)量大于太陽的12倍，那么它產(chǎn)生的星云化學(xué)成分會與蟹狀星云中實際檢測到的不符。
研究蟹狀星云遇到的一個重大問題是星云和脈沖星的總質(zhì)量明顯比推測的前身星質(zhì)量小。關(guān)于那些消失的質(zhì)量的謎團至今仍未解開。首先通過它發(fā)出的總光度估算星云的質(zhì)量，然后計算所需質(zhì)量，可以得出星云的溫度和密度。質(zhì)量的區(qū)間估計是太陽質(zhì)量的1–5倍之間，而一般研究者認為太陽質(zhì)量的2–3倍是合適的估計值。此外，中子星的質(zhì)量估計為1.4至2倍太陽質(zhì)量。
解釋蟹狀星云消失質(zhì)量的主要理論是前身星的一部分物質(zhì)在超新星爆發(fā)之前就由星風(fēng)帶走了，這種現(xiàn)象在沃爾夫–拉葉星中是很常見的。然而，這會在星云外形成一個殼層。盡管天文學(xué)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(fā)現(xiàn)。
天體掩星
蟹狀星云所在位置偏離地球繞太陽運轉(zhuǎn)的黃道平面大約1.5°，這意味月球甚至其他行星可能凌或掩蟹狀星云。盡管太陽不會掩蔽此星云，但它的日冕會在星云之前經(jīng)過。這些凌星和掩星可用于同時分析星云和通過它的天體，因為凌星或掩星發(fā)生時地球接收到的蟹狀星云的輻射會發(fā)生變化。
月球掩蟹狀星云的現(xiàn)象已用于繪制星云的X射線發(fā)射光譜。在發(fā)射X射線觀測衛(wèi)星（比如錢德拉X射線天文臺）之前，X射線觀測的角分辨率普遍較低。但是月球從星云前經(jīng)過的時候，它的位置可以計算地非常精確，相當(dāng)于彌補了分辨率不足的缺陷，因此星云的亮度變化就可以用于制作X射線發(fā)射光譜。人們首次從蟹狀星云觀測到X射線時，就是運用月球的掩星來確定波源的確切位置。
太陽的日冕每年六月從蟹狀星云前經(jīng)過。此時收到的蟹狀星云的無線電波可用于分析日冕的密度和結(jié)構(gòu)。早期觀測認為日冕的延伸距離遠比以前的估計要大，而后來的觀測發(fā)現(xiàn)日冕密度會發(fā)生巨大的變化。
詳細介紹
1921年，美國科學(xué)家把兩批相隔12年的蟹狀星云照片進行了仔細和反復(fù)的比較之后，確認星云的橢圓形外殼仍在高速膨脹，速度達到每秒1300公里。1942年，荷蘭天文學(xué)家奧爾特以其令人信服的論證，確認蟹狀星云就是1054年超新星爆發(fā)后形成的。
蟹狀星云還是強紅外源、紫外源、X射線源和γ射線源。它的總輻射光度的量級比太陽強幾萬倍。1968年發(fā)現(xiàn)該星云中的射電脈沖星，它的脈沖周期是0.0331秒，在1982年毫秒脈沖星發(fā)現(xiàn)前，保持了已知脈沖星中周期最短的紀錄。目前已公認，脈沖星是快速自旋的中子星，有極強的磁性，是超新星爆發(fā)時形成的坍縮致密星。蟹狀星云脈沖星的質(zhì)量約為一個太陽質(zhì)量，其發(fā)光氣體的質(zhì)量也約達一個太陽質(zhì)量，可見該星云爆發(fā)前是質(zhì)量比太陽大若干倍的大天體。星云距離約6300光年，星云大小約12光年×7光年。
蟹狀星云
1888年出版《星云星團新總表（NGC）》列為NGC 1952，《梅西耶星團星云表》中列第一，代號M1。蟹狀星云的名稱是英國天文愛好者羅斯命名的。M1是最著名的超新星殘骸。這顆位于金牛座的超新星爆發(fā)當(dāng)時估計其絕對星等達到了-6等，[注：絕對星等---假設(shè)天體在一個標(biāo)準距離遠處---32.6光年的亮度，太陽的絕對星等為4.8]相當(dāng)于滿月的亮度，它的實際光度比太陽高5億倍，在白天也能看到，給當(dāng)時的人們留下了極深刻的印象。不僅如此，它的遺跡星云至今的輻射也比太陽大，射電觀測發(fā)現(xiàn)它的輻射強度和波長之間的關(guān)系不能用黑體輻射定律解釋，要發(fā)射這樣強的無線輻射，它的溫度要在50萬度以上，對一個擴散的星云來說，這是不可能的，前蘇聯(lián)天文學(xué)家什克洛夫斯基1953年提出，蟹狀星云的輻射不是由于溫度升高產(chǎn)生的，而是由“同步加速輻射”的機制造成的。這個解釋已得到證實。蟹狀星云中央脈沖星的發(fā)現(xiàn)，獲得了1974年的“諾貝爾物理獎”，它是1982年前發(fā)現(xiàn)的周期最短的脈沖星，只有0.033秒，并且直到現(xiàn)在，能夠在所有電磁波段上觀察到脈沖現(xiàn)象的只有它和另一顆很難觀測的脈沖星。這顆高速自旋的脈沖星證明了30年代對中子星的預(yù)言，肯定了一種恒星演化理論：超新星爆發(fā)時，氣體外殼被拋射出去，形成超新星遺跡，就象蟹狀星云，而恒星核心卻迅速坍縮，由恒星質(zhì)量決定它的歸宿是顆白矮星或是中子星或是黑洞。中子星內(nèi)部沒有熱核反應(yīng)，但它的能量卻又大得驚人，比太陽大幾十萬倍，這樣大的能量消耗，靠的是自轉(zhuǎn)速度的變慢，即動能的減少來補償，才能符合能量守恒定律。第一個被觀測到的自轉(zhuǎn)周期變長的中子星，恰好是M1中的中子星?？傊?，人類對蟹狀星云的研究占了當(dāng)代天文學(xué)研究得很大比重，也的確得到了相當(dāng)比重的研究成果。
觀測資料
類型 | 超新星殘骸 |
赤經(jīng) | 05h 34m 31.97s |
赤緯 | +22° 00′ 52.1″ |
距離 | 6300 光年 |
視星等 | +8.4 |
視直徑 | 6×4 角分 |
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歷史記錄
根據(jù)中國歷史記載，在現(xiàn)在蟹狀星云的那個位置上，曾經(jīng)有過超新星爆發(fā)，那就是1054年7月4日（宋仁宗至和元年的五月己丑）大約寅時出現(xiàn)的、特亮的天關(guān)星“天關(guān)客星”。
天關(guān)客星
宋史·天文志-第九
《宋史·天文志-第九》：“至和元年五月己丑，出天關(guān)東南可數(shù)寸，歲余稍沒?！?/span>
《宋史·仁宗本紀》：“（嘉佑元年三月）辛未，司天監(jiān)言：自至和元年五月，客星晨出東方，守天關(guān)，至是沒?！?/span>
《宋會要》：“嘉佑元年三月，司天監(jiān)言：‘客星沒，客去之兆也’。初，至和元年五月，晨出東方，守天關(guān)。晝?nèi)缣?，芒角四出，色赤白，凡見二十三日?！?/span>
宋史·仁宗本紀
這個客星真是一個“不速之客”，來了就不走。在23天的時間里，像太白金星一樣亮，白天都可以看到，即所謂“晝見如太白”“凡見二十三日”。客星看不到的日期是1056年4月6日，距離客星出現(xiàn)的日期1054年7月4日已經(jīng)整整過了643天。在這將近兩年的時間里，只要能看到客星。司天監(jiān)的人員總是堅持不懈地進行觀測，他們詳細地記錄了客星的位置、顏色和亮度變化。這些詳細的觀測資料雖然大部分已經(jīng)遺失，但僅是這流傳下來的簡短記載，已經(jīng)使后人敬佩不已了。
簡單歷史
1054年
中國古代天文學(xué)家最早發(fā)現(xiàn)天關(guān)客星。
1731年英國醫(yī)生、天文愛好者拜維斯發(fā)現(xiàn)蟹狀星云。
1850年
蟹狀星云”的指狀、環(huán)狀以及灣狀部分
1910年，蘭姆蘭德首先注意到“束條”結(jié)構(gòu)。
1921年，蘭姆蘭德和鄧肯彼此獨立地發(fā)現(xiàn)蟹狀星云在膨脹。
1928年，哈勃測量出蟹狀星云的膨脹速度，由此斷定它是中國發(fā)現(xiàn)的天關(guān)客星的遺跡。
1948年
射電觀測發(fā)現(xiàn)它是一個強射電源。
1953年，史克洛夫斯基提出蟹狀星云的射電輻射機制是同步加速輻射，很快被光學(xué)偏振觀測所證實。
1957年
射電偏振觀測成功。
1963年，發(fā)現(xiàn)蟹狀星云是一個X射線源。1964年 中心附近發(fā)現(xiàn)了一個致密源。
1968年
來自哈柏的光學(xué)數(shù)據(jù)以及來自錢卓的X光圖片
1968年，發(fā)現(xiàn)蟹狀星云脈沖星NP0532（統(tǒng)一名稱PSR 0531+21）。
1969年，發(fā)現(xiàn)NP0532同時是一顆光學(xué)脈沖星。
基本數(shù)據(jù)
距離：1930秒差距或6300光年。
質(zhì)量：中心星0.5～1.5個太陽質(zhì)量，電離氣體0.6～3個太陽質(zhì)量，中性氣體（纖維中心）可能1.5～幾個太陽質(zhì)量，總質(zhì)量2～3個太陽質(zhì)量或3.98～5.97×10的27次方噸。說明：總質(zhì)量的可能范圍1～10個太陽質(zhì)量。
膨脹速度：1450公里/秒。說明：不同人測得的結(jié)果有所不同
天體構(gòu)造
通常情況下，宇宙中的脈沖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(xué)院的提姆·漢金斯和吉恩·埃雷克等人卻發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的雙磁極理論根本無法解釋蟹狀星云中脈沖射電源的活動情況。漢金斯表示，由于存在著多個磁極相互作用的現(xiàn)象，蟹狀星云中射電源的磁場受到了明顯的扭曲。
科學(xué)家們介紹說，在浩瀚的宇宙中，絕大多數(shù)脈沖射電源都只產(chǎn)生一種脈沖，而有少部分除了一個主脈沖外還擁有另外一個次脈沖--后者被稱為“中間脈沖”。專家們認為，每一種脈沖都會對應(yīng)兩個磁極，它們的關(guān)系就像是一對密不可分的朋友。然而漢金斯和埃雷克卻發(fā)現(xiàn)，蟹狀星云中的脈沖射電源卻完全與眾不同——其主脈沖短暫而強烈，“中間脈沖”持續(xù)的時間很長，功率卻很弱。
除此之外，這一“中間脈沖”所發(fā)出的無線電輻射也與其他脈沖射電源的完全不同。另一位美國科學(xué)家保羅·弗里埃爾在分析了漢金斯等人的研究成果后指出，在蟹狀星云中發(fā)現(xiàn)的“中間脈沖”所產(chǎn)生的輻射極其特別，此前還從未碰到過類似的情況。
根據(jù)漢金斯提出的觀點，導(dǎo)致“中間脈沖”輻射異常的原因可能是因為存在著第三個磁極?；蛟S，第三個磁極是在脈沖射電源形成的過程中出現(xiàn)的。至于上述過程是如何發(fā)展的還有待于進一步的研究。
漢金斯補充說，蟹狀星云中的脈沖射電源應(yīng)該還擁有第四個磁極--因為所有的磁極都是成對出現(xiàn)的。
大約在公元1054年，人類從地球上就可以觀測到金牛座一顆恒星死亡所引起的超新星爆炸。到了近千年后的今天，人們?nèi)钥梢钥吹竭@顆恒星死亡后的壯觀景象。在超新星爆炸發(fā)生后，產(chǎn)生了一種超高密度的天體，即中子星，而爆炸殘留物所占領(lǐng)的區(qū)域就是人們所知道的“蟹狀星云”。目前，這顆中子星正在向“蟹狀星云”輻射出大量的高能粒子，形成高能粒子風(fēng)暴。美國宇航局錢德拉X射線天文臺的觀測數(shù)據(jù)顯示，這顆中子星就像是一臺巨大的宇宙發(fā)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(jù)三大天文望遠鏡所觀測到的數(shù)據(jù)，最終形成了一張“蟹狀星云”中子星高能粒子風(fēng)暴的合成圖。圖中的藍色部分就是由錢德拉X射線天文臺數(shù)據(jù)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(xué)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(xué)和紅外射線能量衰減速度要快得多。
一直以來，“蟹狀星云”都是被人類研究最多的太空目標(biāo)之一，它已經(jīng)被科學(xué)家們看作是宇宙的形象代表。在過去十年間，錢德拉X射線天文臺經(jīng)常協(xié)同其他天文望遠鏡對“蟹狀星云”進行聯(lián)合觀測。
研究發(fā)現(xiàn)
2021年7月，中國高海拔宇宙線觀測站（LHAASO拉索）成功測量出蟹狀星云輻射的最高能量端能譜，實現(xiàn)了前所未有的超高能區(qū)（0.3-1.1拍電子伏）的精確測量。
參考資料
[1]
中國科大在蟹狀星云輻射精確測量中發(fā)揮重要作用 · 人民日報[引用日期2021-07-14]
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