在美國國家航空暨太空總署詹姆斯-韋伯太空望遠鏡（NASA’s James Webb Space Telescope）拍攝的一張新照片中，超新星殘餘仙后座A（Cas A）就像一個閃亮的圓形裝飾品，隨時可以擺放在節日樹上的最佳位置。

作為2023 年白宮假期的一部分，美國第一夫人吉爾-拜登博士首次推出了白宮降臨節日曆。為了展示節日的”魔力、奇妙和歡樂”，拜登博士和美國國家航空航天局（NASA）用韋伯望遠鏡拍攝的這幅新圖像來慶祝節日。

雖然一切都很明亮，但這個場景並不是傳說中的寂靜之夜。韋伯的近紅外線相機（NIRCam）拍攝的Cas A超新星遺跡，以這些波長以前無法達到的分辨率展示了這次恆星爆炸。這種高解析度觀測揭示了恆星爆炸前膨脹的物質外殼猛烈撞擊氣體的複雜細節。

Cas A 是整個宇宙中被研究得最透徹的超新星遺跡之一。多年來，包括美國太空總署錢德拉X 射線天文台、哈伯太空望遠鏡和退休的史匹哲太空望遠鏡在內的地面和太空天文台已經為該天體的殘餘物繪製了多波長的圖像。

2023 年4 月，韋伯望遠鏡的中紅外線探測器（MIRI）揭開了這一篇章的序幕，揭示了超新星殘餘物內殼中意想不到的新特徵。其中許多特徵在新的NIRCam 圖像中是看不到的，天文學家正在研究其中的原因。

這張影像重點介紹了Webb 的NIRCam（近紅外線相機）拍攝的超新星殘餘仙后座A 的幾個有趣特徵：

1. NIRCam 的高解析度能夠探測到來自恆星本身的微小氣結，包括硫、氧、氬和氖。有些碎片細絲甚至連韋伯望遠鏡都無法分辨，這意味著它們的直徑相當於或小於100 億英里（約100 個天文單位）。研究人員說，這代表了恆星爆炸時是如何像玻璃一樣破碎的。

2. 在近紅外線成像儀（MIRI）的圖像中可以看到綠色怪獸（Cas A 內腔中的一圈綠光）中的圓形孔洞，在近紅外線成像儀（NIRCam）的圖像中，這些孔洞被白色和紫色的輻射微弱地勾勒出來–這代表電離氣體。研究人員認為，這是由於超新星碎片穿過恆星爆炸前留下的氣體並對其進行雕刻所致。

3. 這是在NIRCam 拍攝的Cas A 影像中可以看到的一些光回波之一。當恆星很久以前爆炸產生的光照射到遠處的塵埃並使其變暖時，就會產生光回波。

4. NIRCam 拍攝到了一個特別複雜和巨大的光回波，研究人員暱稱它為Cas A 嬰兒。它實際上位於超新星遺跡後方約170 光年處。

資料來源：NASA、ESA、CSA、STScI、Danny Milisavljevic（普渡大學）、Ilse De Looze（UGent）、Tea Temim（普林斯頓大學）

我們的眼睛看不見紅外線，因此影像處理人員和科學家將這些波長的光轉換成可見光的顏色。在這張Cas A 的最新圖像中，NIRCam 的不同濾光片被賦予了不同的顏色，每種顏色都暗示了該天體內部發生的不同活動。

乍一看，NIRCam 影像的色彩可能不如MIRI 影像豐富。不過，這只是天體物質發出光線的波長不同而已。

這段影片展示了韋伯的近紅外線相機（NIRCam）拍攝的超新星殘餘仙后座A（Cas A）的影像。NIRCam 的高解析度可以偵測到恆星爆炸後殘留的微小氣體結，以及散佈在視場中的光回波。

在韋伯的最新影像中，最引人注目的顏色是組成超新星殘餘物內殼的亮橙色和淺粉紅色團塊。韋伯的銳利視角可以探測到最微小的氣體結，這些氣體由來自恆星本身的硫、氧、氬和氖組成。這些氣體中夾雜著塵埃和分子，它們最終將成為新恆星和行星系統的組成部分。有些碎片細絲甚至連韋伯望遠鏡都無法分辨，這意味著它們的直徑相當於或小於100 億英里（約100 個天文單位）。相比之下，Cas A 的整個直徑為10 光年，即60 兆英里。

普渡大學的Danny Milisavljevic 是研究小組的帶頭人，他說：”透過NIRCam 的分辨率，我們現在可以看到這顆垂死的恆星在爆炸時是如何絕對破碎的，留下的細絲就像微小的玻璃碎片。在研究仙后座A這麼多年後，現在終於解決了這些細節問題，讓我們對這顆恆星是如何爆炸的有了全新的認識，這真的令人難以置信。”

這張圖片是美國太空總署詹姆斯-韋伯太空望遠鏡的近紅外線相機（NIRCam）和中紅外線成像儀（MIRI）拍攝的超新星殘餘仙后座A（Cas A）的並排對比圖。

韋伯的NIRCam 影像整體上不如MIRI 影像色彩豐富，不過，這只是由於天體物質發出光線的波長不同所造成的。由於解析度提高，NIRCam 影像看起來比MIRI 影像更清晰一些。

主內殼的外圍在MIRI 影像中呈現出深橙色和紅色，而在NIRCam 影像中看起來像是篝火的煙霧。這標誌著超新星爆炸波正在撞擊周圍的周星體物質。星周物質中的塵埃溫度太低，無法直接用近紅外線波長偵測到，但在中紅外線波段會發光。

在近紅外線視圖中看不到的還有Cas A 中央空腔中的綠色光環，它在中紅外線波段發光，研究小組將其暱稱為”綠魔鬼”。不過，在近紅外線成像儀的圖像中可以看到綠怪物內部的圓形孔洞，而在近紅外線成像儀的圖像中，這些孔洞被白色和紫色的發射物模糊地勾勒出來。

資料來源：NASA、ESA、CSA、STScI、Danny Milisavljevic（普渡大學）、Ilse De Looze（根特大學）、Tea Temim（普林斯頓大學）

隱藏的綠色怪物

當韋伯拍攝的Cas A 新的近紅外線影像與中紅外線影像進行比較時，會發現它的內腔和最外層外殼都沒有顏色，這很奇怪。

在中紅外線影像中呈現為深橙色和紅色的主內殼外圍，現在看起來就像篝火中的煙霧。這標誌著超新星爆炸波正在撞擊周圍的周星體物質。星周物質中的塵埃溫度太低，無法直接用近紅外線波長偵測到，但在中紅外線波段會發光。

研究人員說，這種白色是同步輻射發出的光，它的輻射範圍涵蓋整個電磁波譜，包括近紅外線波段。它是由帶電粒子以極高的速度圍繞磁場線旋轉產生的。在內腔下半部的氣泡狀外殼中也可以看到同步輻射。

這段放大影片顯示了超新星殘餘仙后座A（Cas A）在天空中的相對位置。影片以已故天文攝影師Akira Fujii 拍攝的地面照片開始。當它放大到天空的較小部分時，逐漸淡入數位巡天觀測的影像。最後，畫面交叉淡入美國太空總署詹姆斯-韋伯太空望遠鏡上的近紅外線相機拍攝的Cas A 影像，並添加了美國太空總署哈伯太空望遠鏡影像的邊框。

在近紅外線視圖中看不到的還有Cas A 中央空腔中的一圈綠光，它在中紅外線下發光，研究小組將其暱稱為”綠惡魔”。研究人員在首次觀測時將此特徵描述為”難以理解”。

雖然在NIRCam 中看不到”綠魔鬼”的”綠色”，但該區域的近紅外線殘留物可以讓人對這一神秘特徵有所了解。在MIRI 影像中可以看到的圓形孔洞，在NIRCam 影像中被白色和紫色發射物模糊地勾勒出來–這代表電離氣體。研究人員認為這是由於超新星碎片穿過恆星爆炸前留下的氣體並對其進行雕刻所致。

這張仙后座A 超新星殘骸的圖像是由韋伯的近紅外線相機（NIRCam）拍攝的，上面顯示了羅盤箭頭、比例尺和供參考的色標。向北和向東的羅盤箭頭顯示了影像在天空中的方位。刻度線標註的單位是光年，即光在一個地球年所走過的距離。(光傳播的距離等於刻度條的長度需要3 年）。一光年約等於5.88 兆英里或9.46 兆公里。這張圖片顯示的是看不見的近紅外光波長，這些波長已轉換成可見光的顏色。色鍵顯示了在收集光線時使用了哪些NIRCam 濾光片。每個濾光片名稱的顏色就是用來表示穿過該濾光片的紅外光的可見光顏色。資料來源：NASA、ESA、CSA、STScI、Danny Milisavljevic（普渡大學）、Ilse De Looze（UGent）、Tea Temim（普林斯頓大學）

研究人員也被NIRCam 視野右下角的一個迷人特徵驚呆了。他們把這個巨大的條紋狀球體稱為Baby Cas A，因為它看起來像是主超新星的後代。

這是一種光回波，恆星很久以前爆炸產生的光照射到了遙遠的塵埃上，並為其升溫，塵埃在冷卻過程中會發光。塵埃圖案的錯綜複雜，以及Baby Cas A明顯靠近Cas A 本身，都讓研究人員感到特別好奇。實際上，Baby Cas A位於超新星殘骸後方約170 光年處。

在韋伯的新畫像中，也散佈著其他幾個較小的光回波。Cas A超新星殘骸位於11000光年外的仙后座。從我們的視角來看，它估計是在大約340 年前爆炸的。

編譯來源：ScitechDaily