作者|冯梓洋
审核|董晨晖、赵经远
编辑|席宇博
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1054年,天空出现了一个不同寻常的天体,它的亮度与金星相近,在人们的视线中停留了642天以后才消失在茫茫星空之中。如今,人们已知道这是一颗超新星,并将其编号为SN 1054,也称为天关客星,它留下来的遗迹就是著名的蟹状星云。蟹状星云在梅西叶星表中被编为第1号天体,即M1,位于金牛座ζ(中国古代恒星名称为天关)的西北方向。视星等为8.4,仅凭肉眼难以看见,但在条件好的环境下使用双筒望远镜勉强能观测到它。
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软件模拟SN 1054爆发的景象,以及中国古籍中的相关记载,来源:Stellarium、《中国古代天象记录总集》
蟹状星云的在天球上的位置为赤经05h34m31.94s,赤纬+22°00′52.2″(历元J2000),它的编号除了M1以外,还有NGC 1952,LBN 833等。它是第一个被确认的超新星遗迹,其中心是一颗脉冲星。蟹状星云距地球约6500光年,直径约11光年,正在以每秒约1500公里的速度膨胀。
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蟹状星云M1,来源:Stellarium
在蟹状星云的照片中,我们可以分辨出两种不同颜色的区域:外部由红色丝状结构组成,其光谱中含有较强的发射线,在1054年超新星爆发事件中,蟹状星云的前身星以极高的速度抛射出外层物质,这些物质与周围的星际物质相互作用,形成了丝状结构;以及核心附近的蓝色弥漫区域,这一区域的光谱为连续谱,蟹状星云内部的电子被脉冲星的磁场偏转并加速,辐射呈现为蓝色,具有高度的偏振性。
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哈勃空间望远镜拍摄的蟹状星云,来源:NASA
人们对蟹状星云的观测已有近千年的历史。1054年7月4日,凌晨的东方天空中出现了奇异的景象,北宋司天监的官员们忠实地记载了这一事件:至和元年五月,晨出东方,守天关,昼见如太白,芒角四出,色赤白,凡见二十三日(《宋会要》)。除了中国之外,在日本、伊拉克等国家也留下了这颗客星的相关记载。
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《宋史·天文志》也记载了天关客星,来源:参考资料6
时间来到了1731年,英国天文学家约翰·贝维斯(John Bevis)首次观测到这个神秘的星云,并将其绘制在自己的星图中。1758年,法国天文学家查尔斯·梅西叶(Charles Messier)也独立发现了这个位于金牛座方向的星云,并将其编入自己的星表,列为第1号天体(当时梅西叶正在寻找回归的哈雷彗星,他误把该星云当成了哈雷彗星,一段时间后才意识到这个模糊天体不是彗星,这次经历促使他编制一份彗星状深空天体的列表,这就是后来的梅西叶星表)。19世纪40年代初,爱尔兰天文学家第三代罗斯伯爵威廉·帕森斯(William Parsons, 3rd Earl of Rosse)也观测了这片星云,并为其绘制了素描,由于他绘制的图像极像螃蟹,因此得名为蟹状星云。
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威廉·帕森斯绘制的蟹状星云素描,来源:参考资料5
1921年,美国天文学家卡尔·兰普兰德(Carl Lampland)发现蟹状星云的形态有所变化,随后被美国天文学家约翰·邓肯(John Duncan)证实,后者强调蟹状星云正在膨胀。同年,瑞典天文学家克努特·伦德马克(Knut Lundmark)列出了中国古籍中的60颗疑似“新星”(当时还不知道超新星的存在,这些“新星”中的一些其实是超新星),1054年客星也在其中。1928年,美国天文学家埃德温·哈勃(Edwin Hubble)意识到蟹状星云的膨胀表明它可能是由恒星爆炸形成的,并由膨胀速度推算出爆炸发生于900年前,首次猜测蟹状星云可能与1054年客星有关。1934年,德国天文学家沃尔特·巴德(Walter Baade)和瑞士天文学家弗里茨·茨威基(Fritz Zwicky)提出存在一种能量极高的恒星爆炸现象,这就是超新星。1939年,美国天文学家尼古拉斯·马约尔(Nicholas Mayall)测量了蟹状星云的距离和大小,推断1054年客星可能是一颗超新星,初步确认蟹状星云很可能是它留下的遗迹。马约尔后来和荷兰天文学家扬·奥尔特(Jan Oort)合作,进行了更细致的研究,最终在1942年证明了3年前得到的初步结论。
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来自蟹状星云的射电脉冲,来源:NRAO
1968年,美国天文学家大卫·施特林(David Staelin)和爱德华·赖芬斯坦(Edward Reifenstein)使用绿岸射电望远镜,在蟹状星云附近发现了两个脉冲射电源,并指出它们可能与蟹状星云相关,但受限于分辨率,他们不能精确定位,因此无法给出确定的答案。同年11月,美国天文学家理查德·洛夫莱斯(Richard Lovelace)等人使用阿雷西博射电望远镜,精确定位了其中一个脉冲射电源的位置,确定它位于蟹状星云中心区域,并测得它的脉冲周期是33毫秒。这就是1054年超新星残留的核心物质——蟹状星云脉冲星,也被编号为PSR B0531+21。蟹状星云脉冲星的直径只有约20千米,但它的质量却比太阳还要大。它也是一颗少见的光学脉冲星,在光学波段也有光变,变星编号为金牛座CM,其光变周期与射电脉冲周期相同,都是33.085毫秒,这也是它的自转周期。这颗脉冲星的视星等为16.65等,这意味着,这颗非常小的超新星残留物的绝对星等大约是5.3等,与太阳的绝对星等相当(太阳稍亮一些)。
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蟹状星云在星图上的位置,来源:Stellarium
蟹状星云相对较暗,是梅西叶星表中较难观测的天体之一,良好环境下使用10×50的双筒望远镜仅仅能看到一个模糊的斑点,使用5英寸望远镜勉强能看到一个不规则的星云,其形状略为明显,在星云的内部隐约能看到一些条纹结构。如果通过大口径望远镜,则可以看到蟹状星云的主体呈S形,大致沿西北-东南方向,东南侧较暗,末端是一个延伸部分,有一个暗区深入其中;在星云的中间区域,可以看到两颗16等星,位于西南方向较暗的那颗就是蟹状星云脉冲星。
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美国天文爱好者Howard Banich使用28英寸望远镜目视观测蟹状星云及其脉冲星,并绘制了这副素描,来源:参考资料11
蟹状星云是研究最深入、最著名的超新星遗迹之一,近一个世纪对它的研究深刻影响了天文学的方方面面,特别是超新星、中子星、宇宙线等前沿领域。在晚秋到早春的晴朗夜晚,不妨和小伙伴一起寻找这个古老神秘的星云,去领略来自宇宙的魅力吧。
参考资料:
(1)M1,SEDS Messier Database,http://www.messier.seds.org/m/m001.html#bolton1949
(2)Crab Nebula ,wikipedia,https://en.wikipedia.org/wiki/Crab_Nebula
(3)Ronald Stoyan,ATLAS of the MESSIER OBJECTS
(4)The Death Throes of Stars,NASA,https://science.nasa.gov/mission/hubble/science/science-highlights/the-death-throes-of-stars/
(5)Lord Rosse’s drawings of M1, the Crab Nebula,http://www.messier.seds.org/more/m001_rosse.html
(6)宋史·天文志,中国国家数字图书馆,http://read.nlc.cn/OutOpenBook/OpenObjectBook?aid=892&bid=222852.0
(7)什么是多波段天文学?看这一篇就足够了!|天文学家的备忘手册,微信公众号“中国科学院高能物理研究所”, https://mp.weixin.qq.com/s/7-y781GOT_YBxxCSmN9CfA
(8)SN 1054,wikipedia,https://en.m.wikipedia.org/wiki/SN_1054
(9)Crab Pulsar,wikipedia,https://en.m.wikipedia.org/wiki/Crab_Pulsar
(10)The Crab Pulsar and Nebula,NRAO,https://www.nrao.edu/archives/items/show/33474
(11)Howard Banich的个人主页,https://sites.google.com/site/howardbanichhomepage/observations/observing-notebook-scans/notebook-10-1?authuser=0
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关于蟹状星云的更多疑问,欢迎大家在评论区留言,小星会为你一一解答哦~
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