很久很久以前，一颗大质量恒星的内核发生坍塌，产生的冲击波向外喷发，将恒星撕成碎片。当冲击波到达恒星表面时，它穿透了恒星表面，产生了短暂而强烈的X射线和紫外线脉冲，向周围的太空传播。大约350年后，这个光脉冲到达了星际物质，照亮了星际物质，令其升温，并发出红外光。
NASA的詹姆斯·韦伯太空望远镜观测到了这种红外光，揭示了类似木纹的节疤和轮廓的细节。通过这些观测，天文学家首次绘制出了这种星际尘埃和气体（被称为星际介质）的真实三维结构图。
“看到这种程度的细节，我们感到非常震惊。”科学项目首席研究员、位于帕萨迪纳的加州理工学院/IPAC的雅各布·詹克森（Jacob Jencson）表示。
“我们看到了像洋葱一样的层次。”来自巴尔的摩的空间望远镜科学研究所的科学团队成员乔希·皮克（Josh Peek）补充道。“我们认为每一个高密度的尘埃区域，以及我们看不到的大部分区域，其内部可能都像这样。只不过我们以前从未能够深入观察它们。”
研究团队正在华盛顿举行的美国天文学会第245次会议的新闻发布会上展示他们的研究成果。
“即使恒星逝去，它的光芒仍然在宇宙中回荡。自从我们发射NASA詹姆斯·韦伯太空望远镜以来，已经过去了非同寻常的三年。每一幅图像、每一次发现，不仅展现了宇宙的壮丽，也体现了NASA团队的力量以及国际合作的承诺。这项突破性的任务，作为NASA最大规模的国际太空科学合作，真正证明了NASA的创造力、团队协作和追求卓越的精神。”NASA局长比尔·纳尔逊（Bill Nelson）表示。“能够领导这一划时代的努力，亲眼目睹全球数千名科学家和工程师不懈的奉献，这是无上的荣幸。这张最新的图像完美展现了韦伯的持久遗产——它是一扇通往过去的窗口，也是一项将激励未来几代人的伟大使命。”
图片A: 仙后座A附近的光回声（NIRCam）
这些闪烁的宇宙帘幕展示了被远古超新星爆炸加热的星际气体和尘埃。这些气体随后发出红外光，被称为热光回声（thermal light echo）。当超新星的光以光速穿越太空时，这种回声看起来像在扩大。NASA的詹姆斯·韦伯太空望远镜三次观测了靠近超新星遗迹仙后座A区域的光回声，实质上是对星际物质进行了三维扫描。需要注意的是，顶部行图像的视野相较于中部和底部行的视野稍微顺时针旋转，这是由于韦伯望远镜在拍摄时的旋转角度所致。
影像来源: NASA, ESA, CSA, STScI, J. Jencson (Caltech/IPAC)
视频A: 仙后座A附近的光回波（NIRCam）
这段延时视频使用了NASA詹姆斯·韦伯太空望远镜的数据，展示了超新星遗迹仙后座A附近的一个光回声的演化过程。光回声是由恒星爆炸或喷发产生的，当光照射到周围的星际尘埃团时，会让它们发光并形成不断扩大的图案。韦伯望远镜极高的分辨率不仅揭示了这些光回声中的令人惊叹的细节，还展示了它们在短短几周内的扩大情况——这个时间尺度极为短暂，因为大多数宇宙目标在人类一生的时间内几乎没有变化。
影像来源: NASA, ESA, CSA, STScI, J. Jencson (Caltech/IPAC)
宇宙的CT扫描
韦伯望远镜的近红外相机（NIRCam）拍摄的图像突出显示了一种被称为光回声的现象。光回声是由恒星爆炸或喷发产生的，当光照射到周围的尘埃团时，尘埃开始发光并形成不断扩大的图案。可见光波长的光回声（如在V838麒麟座星周围观察到光回波）是由光反射到星际物质上引起的，而红外波长的光回声则是由于尘埃被高能辐射加热后自身发出的光。
研究人员此次的目标是一处由NASA已退役的斯皮策太空望远镜先前观察到的光回声。这是仙后座A超新星遗迹附近几十个光回声之一，它来自仙后座A后方的无关物质，而不是恒星爆炸时喷发的物质。
在韦伯望远镜的图像中，最明显的特征是紧密排列的片状结构。这些细丝状结构的尺度非常小，约为400个天文单位（AU），即不到0.01光年。（一个天文单位是地球到太阳的平均距离，海王星的轨道直径约为60个AU。）
“我们此前并不知道星际介质中有如此小尺度的结构，更不用说它是片状的了，”研究团队成员乔希·皮克（Josh Peek）表示。
这些片状结构可能受到星际磁场的影响。图像还显示了密集而紧密缠绕的区域，这些区域看起来就像木纹中的节疤。它们可能代表嵌入在星际介质中更流线型磁场内的磁性“岛屿”。
“这就像是天文学中的医学CT扫描。”科学团队成员、太空望远镜科学研究所的阿尔敏·雷斯特（Armin Rest）解释道。“我们在三个不同时间点进行了三次‘切片’，这将使我们能够研究星际介质的真实三维结构。这将彻底改变我们研究星际介质的方式。”
图片B: 仙后座A（斯皮策望远镜图像与韦伯望远镜嵌入图像）
这张展示超新星遗迹仙后座A周围区域的背景图像由NASA的斯皮策太空望远镜于2008年发布。通过斯皮策在三年内多次拍摄该区域的图像，研究人员得以研究多个光回声。如今，NASA的詹姆斯·韦伯太空望远镜对其中一些光回声进行了更详细的观测。右下角的嵌入图展示了韦伯在其中一个时间点的观测结果，左侧嵌入图则显示了2023年发布的韦伯拍摄的中央超新星遗迹图像。
斯皮策图像: NASA/JPL-Caltech/Y. Kim (Univ. of Arizona/Univ. of Chicago). 仙后座A嵌入图: NASA, ESA, CSA, STScI, Danny Milisavljevic (Purdue University), Ilse De Looze (UGent), Tea Temim (Princeton University). 光回声嵌入图: NASA, ESA, CSA, STScI, J. Jencson (Caltech/IPAC).
未来工作
研究团队的科学项目还包括使用韦伯中红外仪器（MIRI）进行光谱观测。他们计划多次观测光回声，每次间隔数周或数月，以研究光回声经过时的演化。
“我们可以在同一片尘埃区域被回波照射之前、期间和之后对其进行观测，并试图寻找分子组成或状态的变化，包括某些分子甚至最小的尘埃颗粒是否被破坏。”詹克森表示。
红外光回声极为罕见，因为它们需要特定类型的超新星爆炸产生的短时间高能辐射脉冲。NASA即将发射的南希·格雷斯·罗曼太空望远镜将对银河平面进行一次全面勘测，可能会发现更多红外光回声的证据，为韦伯提供更详细的研究目标。
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。韦伯正在揭开太阳系的神秘面纱，探索围绕其他恒星的遥远世界，研究宇宙的神秘结构和起源以及人类在宇宙中的位置。韦伯是一个国际项目，由NASA领导，并由其合作伙伴欧洲航天局（ESA）和加拿大航天局（CSA）共同参与。
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参考来源:
https://science.nasa.gov/missions/webb/nasas-webb-reveals-intricate-layers-of-interstellar-dust-gas/
