X射線眼中的宇宙——錢德拉x射線天文臺25週年

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主譯：遠山真理

校譯：餘路漢

審閱：牧夫天文校對組

美編：餘家勁

後臺：李子琦

https://www.chandra.si.edu/photo/2024/25th/

https://sorae.info/space/20240726-chandra-25th.html

https://sorae.info/astronomy/20240731-jupiter-aurora-chandra-25th.html

https://sorae.info/astronomy/20240802-ngc6334-chandra-25th.html

https://sorae.info/astronomy/20240728-crab-nebula-chandra-25th.html

錢德拉望遠鏡於1999年7月23日由哥倫比亞號航天飛機執行的STS-93任務發射，並在同一天從哥倫比亞的貨艙中釋放出來。釋放後的錢德拉通過其攜帶的慣性上段火箭（IUS）被送入遠地點高度約14萬公里的橢圓軌道。最初計劃運作5年，然而在距離發射已經過去了四分之一個世紀的今天，錢德拉仍在繼續運作。

圖1. 在哥倫比亞號航天飛機STS-93任務中放出貨物艙的錢德拉望遠鏡（圖源：NASA）

近日，NASA發佈了25張由錢德拉望遠鏡新拍攝的照片來慶祝它的25歲生日。衆所周知，X射線是人類肉眼看不見的電磁波。因此，利用錢德拉觀測數據製作的圖像會根據X射線能量的強度進行着色，或者與其他望遠鏡在可見光或紅外線等波長下捕捉的天體圖像相結合來製作。

這次公開的紀念圖像也是通過這種方式製作的，包括了觀察到極光的木星（JUPITER）、蟹狀星雲（CRAB NEBULA）、銀河系中心（GALACTIC CENTER）、半人馬座A（CENTAURUS A）、以及看起來像手的脈衝風星雲（MSH 15-52）等星雲和銀河的觀測數據。

圖2. 慶祝錢德拉25歲生日的25張新照片。（圖源：NASA/SAO/CXC）

下面我們來仔細鑑賞一下其中的幾幅。

這是通過X射線和紅外線觀測到的木星的樣子。錢德拉望遠鏡捕捉到的X射線觀測數據顯示爲紫色，哈勃空間望遠鏡捕捉到的紅外線觀測數據顯示爲紅綠藍合成色。在哈勃清晰捕捉到的木星周圍，錢德拉捕捉到的X射線顯示爲紫色的不規則團塊。

仔細觀察，還可以看到木星的北極和南極周圍也有紫色的帶狀物。據運作錢德拉的史密森天體物理觀測所的錢德拉X射線中心（CXC）介紹，這是木星的極光，X射線是由高能粒子與木星大氣中的氣體碰撞產生的。

2024年5月，由於太陽活動引發的地球低緯度極光成爲熱門話題，而木星的極光能量是地球極光的數百倍，屬於極其強大的現象。

這是位於天蠍座方向約4370光年處的發射星雲“NGC 6334”。在這張圖片中可能不太容易看出，由於其形狀讓人聯想到貓的前爪，被親切地稱爲“貓爪星雲”。

發射星雲是由年輕大質量恆星放射的紫外線電離的氫氣體發光形成的星雲，也被稱爲HII區。這類區域是恆星形成區，恆星在其中利用氣體和塵埃作爲材料誕生，因此也被稱爲“恆星的搖籃”。同樣的，錢德拉的觀測數據被着色爲紫色，顯示出了這是年輕恆星羣存在的地方。智利拉西拉天文臺的MPG/ESO 2.2米望遠鏡的觀測數據以及NASA在2020年1月前運行的紅外線空間望遠鏡“斯皮策”的觀測數據則呈現爲紅綠藍合成色。

這是位於金牛座方向約6500光年處的超新星遺蹟“蟹狀星雲”。超新星遺蹟是指在質量超過太陽8倍的大質量恆星發生超新星爆炸後所觀測到的天體。爆炸的衝擊波擴散並加熱周圍的氣體，從而釋放出可見光和X射線等電磁波。

蟹狀星雲由英國的約翰·貝維斯於1731年發現。在18世紀，法國天文學家夏爾·梅西耶編纂了星雲和星團的“梅西耶星表”，其中“梅西耶1號（Messier 1，M1）”作爲第一項記錄在內。20世紀初，人們發現其與1054年觀測到的超新星有關聯，並認爲其是該超新星的遺蹟。

錢德拉的X射線數據在這張圖中顯示爲藍紫色和白色。此外，圖片還使用了X射線偏振觀測衛星“IXPE”捕捉的X射線觀測數據（紫色）和哈勃空間望遠鏡捕捉的光學觀測數據（紅、綠、藍）。

用X射線觀測到的蟹狀星雲與可見光下時的樣子不同，其結構包括圍繞中心脈衝星“蟹狀星雲脈衝星”（※）的盤狀物質及從中心噴出的噴流。當從脈衝星噴出的脈衝星風（接近光速的電子和正電子流）撞擊超新星遺蹟時，會形成衝擊波，並釋放出X射線和無線電波等電磁波。通過捕捉這些電磁波，可以觀測到被稱爲脈衝星星雲或脈衝星風星雲的結構。

※脈衝星是一種中子星，因週期性地釋放出電磁波而得名。這種電磁波的放射方向隨着中子星的快速自轉而週期性變化，使得地球上的觀測者看到的電磁波呈現爲脈衝的形式。

其實，錢德拉對蟹狀星雲已經進行了長時間的跟蹤觀測，這張動圖顯示了蟹狀星雲在2000年到2022年間的變化。

責任編輯：甘林

牧夫新媒體編輯部

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鷹鷲星雲

圖源：X-ray: NASA/CXO/SAO; Infrared: NASA/ESA/CSA/STScI

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