新數據修正了我們對這場不尋常超新星爆炸的看法。蟹狀星雲是恆星在超新星爆炸中劇烈死亡後留下的碎片的一個近似例子。然而，儘管經過了幾十年的研究，這個超新星遺跡仍然保持著一定程度的神秘性：是什麼類型的恆星造成了蟹狀星雲的產生，爆炸的性質又是什麼？

美國國家航空暨太空總署（NASA）的詹姆斯-韋伯太空望遠鏡（James Webb Space Telescope）剖析了蟹狀星雲的結構，為天文學家繼續評估有關超新星殘餘物起源的主要理論提供了幫助。利用韋伯望遠鏡的近紅外線相機（NIRCam）和中紅外線成像儀（MIRI）收集到的數據，科學家團隊得以仔細觀察蟹狀星雲的一些主要組成部分。資料來源：美國國家航空暨太空總署

美國國家航空暨太空總署（NASA）的詹姆斯-韋伯太空望遠鏡（James Webb Space Telescope）提供了蟹狀體的新視圖，包括迄今為止最高品質的紅外線數據，幫助科學家探索殘餘物的詳細結構和化學成分。這些線索有助於揭開這顆恆星在大約1000年前爆炸的不尋常方式。

天文學家有史以來第一次繪製出了這顆超新星殘餘物的暖塵埃發射圖。塵粒以蓬鬆的洋紅色物質為代表，形成了一個籠狀結構，在殘餘物的左下方和右上方最為明顯。塵埃細絲也遍布蟹狀體內部，有時與綠色的雙電離硫（III 號硫）區域重疊。黃白色的斑駁細絲在超新星殘餘物中心周圍形成大的環狀結構，代表了塵埃和雙電離硫重疊的區域。塵埃的籠狀結構有助於限制一些幽靈般的同步輻射，但不是所有藍色的同步輻射。這些發射就像一縷縷煙霧，在蟹狀體中心最為明顯。細細的藍色絲帶沿著蟹狀體的脈衝星心臟–一顆快速旋轉的中子星–產生的磁場線延伸。

資料來源：NASA、ESA、CSA、STScI、Tea Temim（普林斯頓大學）

一個科學家小組利用美國國家航空暨太空總署的詹姆斯-韋伯太空望遠鏡解析了蟹狀星雲的成分，這是一個超新星殘餘物，位於大約6500光年外的金牛座。利用望遠鏡的中紅外線成像儀（MIRI）和近紅外線相機（NIRCam），研究團隊收集到的數據有助於澄清蟹狀星雲的歷史。

蟹狀星雲是一顆大質量恆星死亡後發生的核心坍縮超新星的結果。超新星爆炸本身是在公元1054 年在地球上看到的，當時的亮度足以在白天觀測到。今天觀測到的暗得多的殘留物是一個不斷膨脹的氣體和塵埃外殼，以及由脈衝星驅動的外流風，脈衝星是一顆快速旋轉和高度磁化的中子星。

蟹狀星雲也非常不尋常。它的非典型成分和極低的爆炸能量以前曾被解釋為電子捕獲超新星–一種罕見的爆炸類型，產生於內核由氧、氖和鎂組成的進化程度較低的恆星，而不是更典型的鐵內核。

“現在，韋伯數據拓寬了可能的解釋，”該研究的第一作者、新澤西州普林斯頓大學的Tea Temim 說。 “氣體的組成不再需要電子捕獲爆炸，也可以用弱鐵核坍縮超新星來解釋。”

由韋伯望遠鏡的近紅外線波束和中紅外線成像儀拍攝的蟹狀星雲影像，並附有羅盤箭頭、比例尺和參考色鍵。向北和向東的羅盤箭頭表示圖像在天空中的方位，相對於地面地圖上的方向箭頭（從上往下看），天空中的北方和東方之間的關係（從下往上看）是顛倒的。刻度條標註的單位是光年，即光在一個地球年中的傳播距離。 (光走過與光柱長度相等的距離需要2 年）。一光年約等於5.88 兆英里或9.46 兆公里。本圖所示的視場直徑約為10 光年。這張影像顯示的是看不見的近紅外線和中紅外光波長，這些波長已被轉換成可見光的顏色。色鍵顯示了NIRCam 和MIRI 觀測到的成分，以及每個特徵所對應的可見光顏色。資料來源：NASA、ESA、CSA、STScI、Tea Temim（普林斯頓大學）

過去的研究工作是根據現今噴發物的數量和速度來計算爆炸的總動能。天文學家推斷，爆炸的性質是能量相對較低（不到普通超新星的十分之一），原恆星的質量在8 到10 個太陽質量之間–在經歷超新星劇烈死亡和不經歷超新星劇烈死亡的恆星之間徘徊。

然而，捕獲超新星理論與蟹號的觀測結果之間存在矛盾，特別是觀測到的脈衝星的快速運動。近年來，天文學家對鐵核坍縮超新星的認識也有了提高，現在他們認為，只要恆星質量夠低，這種類型的超新星也能產生低能量爆炸。

為了降低蟹狀體祖星和爆炸性質的不確定性，Temim 領導的研究小組利用韋伯望遠鏡的光譜能力，對蟹狀體內絲的兩個區域進行了仔細觀察。

理論預測，由於電子捕獲超新星內核的化學成分不同，鎳/鐵豐度比（Ni/Fe）應該遠高於在太陽中測得的比率（太陽中的這些元素來自前幾代恆星）。 1980年代末和90年代初的研究利用光學和近紅外線數據測量了蟹體內的鎳/鐵比率，並注意到鎳/鐵豐度比率很高，似乎有利於電子捕獲超新星的設想。

韋伯望遠鏡具有靈敏的紅外線能力，目前正在推進蟹狀星雲的研究。研究團隊利用MIRI 的光譜能力測量了鎳和鐵的發射線，從而對鎳/鐵豐度比做出了更可靠的估計。他們發現，與太陽相比，鎳/鐵豐度比仍然偏高，但幅度不大，與先前的估計值相比要低得多。

修訂後的數值與電子捕獲是一致的，但並不排除類似低質量恆星的鐵核坍縮爆炸。 (來自高質恆星的高能量爆炸預計會產生更接近太陽豐度的比率）。要區分這兩種可能性，還需要進一步的觀測和理論工作。

華盛頓海軍研究實驗室的馬丁-拉明（Martin Laming）是這篇論文的合著者之一，他說：”目前，韋伯望遠鏡的光譜數據只覆蓋了蟹狀體的兩個小區域，因此研究更多的殘留物並確定任何空間變化非常重要。

除了從蟹狀星雲內部的兩個小區域獲取光譜數據以測量豐度比之外，這台望遠鏡還觀測了殘餘物的大環境，以了解同步輻射和塵埃分佈的細節。

透過近紅外線成像儀收集的影像和數據，研究團隊首次分離出蟹體內的塵埃輻射，並繪製出高解析度的地圖。透過利用韋伯望遠鏡繪製暖色塵埃發射圖，甚至將其與赫歇爾空間天文台關於較冷塵埃顆粒的數據相結合，研究小組繪製出了一幅全面的塵埃分佈圖：最外層的細絲含有相對較暖的塵埃，而較冷的塵埃顆粒則普遍存在於中心附近。

亞利桑那大學斯圖爾特天文台的內森-史密斯（Nathan Smith）是這篇論文的合著者之一，他說：”在蟹狀天體中看到塵埃的位置很有趣，因為它不同於其他超新星殘骸，比如仙後座A與超新星1987A。的天體往往是奇異的。

這些發現發表在《天文物理學雜誌通訊》。

編譯自/ ScitechDaily