詹姆斯·韦伯太空望远镜在两个超新星中定位尘埃库

NASA的詹姆斯·韦伯太空望远镜拍摄的图像显示，超新星2004ett和超新星2017eaw内有大量尘埃。这些超新星位于螺旋星系NGC 6946中，距离地球2,200万光年。韦伯图像中SN 2004et的六边形是望远镜镜子和支柱的伪影——当观察到点光源的明亮光线时，光线与望远镜的尖锐边缘相互作用，产生衍射尖峰。在这些图像中，蓝色、绿色和红色被分配给韦伯的MIRI数据在10微米；11.3、12.8和15.0微米；以及18、21微米（F1000W；F1130、F1280W和F1500；以及F1800W和F2100W）
影像来源：NASA, ESA, CSA, Ori Fox (STScI), Melissa Shahbandeh (STScI), Alyssa Pagan (STScI)

使用NASA的詹姆斯·韦伯太空望远镜的研究人员在确认早期星系尘埃来源方面取得了重大进展。对两颗II型超新星，超新星2004et（SN 2004et）和超新星2017eaw（SN 2017EAV）的观测显示，在这两颗超新星的喷出物中都有大量的尘埃。研究人员发现的质量支持了超新星在向早期宇宙提供尘埃方面发挥关键作用的理论。

这张NGC 6946的图像突出了两颗超新星SN 2004et和SN 2017eaw，由韦伯的MIRI（中红外相机）拍摄，显示了罗盘箭头、比尺和色键供参考。北面和东面的罗盘箭头表示图像在天空中的方向。比例尺标为2600光年。这张图片显示了已转换为可见光颜色的不可见的中红外波长的光。色键显示了收集光线时使用的MIRI滤光片。每个滤光片名称的颜色是用来表示通过该滤光片的红外光的可见光颜色。在这些图像中，蓝色，绿色和红色被分配给韦伯的MIRI数据在10微米；11.3、12.8和15.0微米；以及18、21微米（F1000W；F1130、F1280W和F1500；以及F1800W和F2100W）
影像来源：NASA, ESA, CSA, Ori Fox (STScI), Melissa Shahbandeh (STScI), Alyssa Pagan (STScI)

尘埃是我们宇宙中许多事物的基石，尤其是行星。当来自垂死恒星的尘埃在太空中扩散时，它携带的基本元素有助于下一代恒星及其行星的诞生。几十年来，这些尘埃的来源一直困扰着天文学家。宇宙尘埃的一个重要来源可能是超新星——垂死的恒星爆炸后，剩余的气体膨胀并冷却形成了尘埃。

“到目前为止，这一现象的直接证据一直很少，我们的能力只允许我们研究一颗相对较近的超新星的尘埃数量——超新星1987A，它距离地球17万光年。”约翰霍普金斯大学和马里兰州巴尔的摩太空望远镜科学研究所的主要作者梅丽莎·沙赫班德说。“当气体冷却到足以形成尘埃时，只有在中红外波长下才能探测到尘埃，前提是你有足够的灵敏度。”

对于比SN 1987A更遥远的超新星，如SN 2004et和SN 2017eaw，两者都在大约2200万光年外的NGC 6946中，只有使用韦伯的MIRI（中红外相机）才能获得波长覆盖范围和精致灵敏度的组合。

韦伯观测是自近十年前用阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波天线阵（ALMA）望远镜探测到SN1987A中新形成的尘埃以来，在超新星尘埃产生研究方面的首次突破。

这张来自基特峰国家天文台的NGC 6496图像显示了超新星2004et和超新星2017eaw在星系中的位置。科学家们使用NASA的詹姆斯韦伯太空望远镜的MIRI（中红外相机）在两颗II型超新星内发现了大量尘埃，即超新星2004et（SN 2004et）和超新星2017eaw（SN 2017EAV），位于距离地球2200万光年的螺旋星系NGC 6946中。利用MIRI在这些超新星中发现的大量尘埃支持了超新星在为早期宇宙提供尘埃方面发挥了关键作用。
影像来源：KPNO, NSF’s NOIRLab, AURA, Alyssa Pagan (STScI)

他们研究的另一个特别有趣的结果不仅仅是探测到了尘埃，而是在超新星生命早期探测到的尘埃数量。在SN 2004et中，研究人员发现了5,000多个地球质量的尘埃。

“当你看看我们在SN 2004et上看到的尘埃数量的计算结果时，它可以与SN 1987A的测量结果相媲美，而且它的年龄只是SN 1987A的几分之一。”太空望远镜科学研究所的项目负责人奥里·福克斯补充说.“是自SN 1987A以来在超新星中探测到的最高尘埃质量。”

天文学家通过观测发现，年轻的遥远星系充满了尘埃，但这些星系的年龄还不足以让中等质量的恒星（比如太阳）在老化过程中提供尘埃。更大质量、寿命较短的恒星可能很快就会死亡，而且数量足够多，足以产生那么多尘埃。

虽然天文学家已经证实，超新星会产生尘埃，但有多少尘埃能在爆炸后产生的内部冲击波中幸存下来，这个问题一直悬而未决。在SN 2004et和SN 2017eaw生命周期的这个阶段看到如此多的尘埃表明，尘埃可以在冲击波中幸存下来——这证明超新星确实是重要的尘埃工厂。

研究人员还指出，目前对尘埃质量的估计可能只是冰山一角。虽然韦伯允许研究人员测量比以往任何时候都冷的尘埃，但可能有未被检测到的更冷的尘埃辐射到更远的电磁波谱中，这些电磁波谱仍然被最外层的尘埃所掩盖。

研究人员强调，这些新发现也只是利用韦伯研究超新星及其尘埃产生的新能力的一个暗示，以及这可以告诉我们它们来自哪些恒星。

“越来越令人兴奋的是，我们想知道这些尘埃对爆炸恒星的核心意味着什么。”福克斯说。“在研究了这些特殊的发现之后，我认为我们的研究人员将会思考未来研究这些尘埃超新星的创新方法。”

SN2004et和SN2017eaw是该计划中包含的五个目标中的第一个。这些观测是韦伯综合观测计划2666的一部分。这篇论文于7月5日发表在《皇家天文学会月报》上。

詹姆斯·韦伯太空望远镜是世界上首屈一指的太空科学天文台。韦伯将解开我们太阳系中的谜团，展望其他恒星周围的遥远世界，探索我们宇宙的神秘结构和起源以及我们在其中的位置。韦伯是由NASA及其合作伙伴ESA和CSA领导的一项国际计划。

参考来源：

https://www.nasa.gov/feature/goddard/2023/webb-locates-dust-reservoirs-in-two-supernovae