臺北市立天文科學教育館

蟹狀星雲被認為是一顆恆星在超新星爆炸後留下的殘骸。然而，經過數十年的研究，這個殘骸仍然保留著許多未解之謎，例如究竟是哪種類型的恆星導致了蟹狀星雲的形成，以及這次爆炸的性質如何。透過NASA的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡的紅外波段觀測，天文學家詳細研究了距離地球6,500光年的蟹狀星雲的組成，收集了有助於闡明其歷史的數據。這些線索正在幫助解開這顆恆星大約一千年前爆炸的方式，並修正了我們對蟹狀星雲起源的假設。

圖說：韋伯太空望遠鏡詳細解析了蟹狀星雲的結構。

蟹狀星雲是由大質量恆星死亡時核心塌縮的超新星爆炸所形成的。這次超新星爆炸於1054年被地球上的人們觀察到，當時的亮度足以在白天看見。如今，蟹狀星雲中的殘骸是一個膨脹的氣體和塵埃殼層，由一顆脈衝星（快速旋轉且高度磁化的中子星）驅動的外流風（星際介質的流動）所構成。蟹狀星雲的前身被認為是一顆超漸近巨星（super-AGB star），質量約為太陽的7.5到10倍。它的質量超過了形成白矮星的上限，因此不會形成由白矮星吸積伴星物質後達到質量極限而發生的超新星爆炸。然而，它的質量又不足以進行鐵核心塌縮，因此，蟹狀星雲是由一種非典型的方式生成，稱為「電子捕獲超新星」。

在超漸近巨星的核心內部，氧、氖和鎂原子在核心變得過於致密時開始吸收電子。這種電子捕獲反應會減少核心壓力，最終導致核心崩塌，恆星爆炸。這是一種罕見的爆炸形式，核心主要由氧、氖和鎂組成，而不是典型的鐵核心。過去的研究中，天文學家透過觀測蟹狀星雲的拋射物數量和速度，計算了爆炸的總動能，並推斷這次爆炸的性質是相對低能量的，不到鐵核塌縮爆炸能量的十分之一，因此認為它是電子捕獲超新星。然而，電子捕獲超新星理論與蟹狀星雲觀測結果之間仍存在不一致之處，特別是在觀測到蟹狀星雲中心脈衝星的快速運動方面。近年來，天文學家對鐵核心塌縮超新星的理解有所提高，現在認為質量較低的恆星也可能產生低能量的鐵核塌縮爆炸，暫稱為「弱鐵核坍縮」。

理論預測，由於電子捕獲超新星的核心元素組成不同，鎳對鐵（Ni/Fe）的元素豐度比應該會比太陽來得高。在1980年代末和1990年代初的研究中，科學家們使用光學和近紅外數據測量了蟹狀星雲中的鎳對鐵比例，並指出鎳對鐵素豐度比很高，這支持電子捕獲超新星的情景。最近，韋伯太空望遠鏡以更精細準確的光譜能力聚焦在蟹狀星雲內部絲狀結構的兩個區域，並得出了一個更可靠的Ni/Fe豐度比。發現數值比早期的測量來得低。雖然符合電子捕獲超新星的假設，但是無法排除來自較低質量恆星（質量約為太陽的7.5到10倍）的弱鐵核心塌縮爆炸（高質量恆星的高能爆炸預計會產生更接近太陽豐度的鎳對鐵比例）。

也就是說，韋伯望遠鏡的新觀測，加上新的弱鐵核坍縮理論，讓蟹狀星雲起源有了更開放性的可能。因此，未來需要進一步的觀測與更精細的理論研究，才能精確找出蟹狀星雲的前身。目前來自韋伯的光譜數據僅覆蓋了蟹狀星雲內的兩個小區域，因此重要的是研究更多的殘骸並識別其空間變化。如果能識別出其他元素的發射線，如鈷或鍺，那將是非常有趣的研究方向。（編輯／段皓元）

資料來源：Webb

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