天文学家利用美国宇航局的大天文台构建了令人难以置信的恒星爆炸三维可视化图像[视频]

螃蟹星云

这种新的螃蟹星云的多个多波长映像将来自Chandra X射线天文台(蓝色)的X射线光与来自Hubble Space望远镜(黄色)的可见光和由Spitzer Space Telescope(以红色)看到的红外光相结合。这种特殊的光从电磁谱结合的光线突出了脉冲布风星云的嵌套结构。
X射线揭示了蟹状星云跳动的心脏,这是近千年前超新星爆炸后留下的中子星遗迹。这颗中子星是一颗爆炸恒星的超密坍塌核心,现在是一颗脉冲星,以每秒30次的高速旋转。脉冲星周围环绕着一个由X射线发射物质组成的圆盘,喷射出垂直于圆盘的高能粒子。这张图像中的红外光显示了同步辐射,由围绕脉冲星强磁场旋转的带电粒子流形成。
可见光是由高能(紫外线和X射线)同步辐射加热的氧气发出的。在可见光中看到的纤细的卷须形成了天文学家称之为“笼子”的东西,围绕着丰富的同步辐射织锦,而同步辐射织锦反过来又包含了X射线盘和喷流的能量狂暴。这些多波长相互连接的结构表明,脉冲星是三台望远镜观测到的辐射的主要能源。
蟹状星云位于金牛座,距离地球6500光年。
信用:美国宇航局,esa,j. depasquale(stsci)和R.伤害(Caltech / IPac)

这部电影剖析了星云复杂的嵌套结构

在1054年的广告中,中国天空观察者目睹了天空中的“新星”的突然出现,它们记录为比六倍更亮金星,使其成为记录历史中最亮的恒星事件。这是“客人的明星”,因为他们描述了它,那么聪明的人在白天在天空中看到它几乎一个月。美国原住民也在岩画中记录了它的神秘外观。

在1844年的Lord Rosse主玫瑰勋爵观察了与最大的望远镜的星云命名为“螃蟹”,因为它的触手可及的结构。但直到20世纪的天文学家意识到星云是不是幸存的1054超新星,这是一个巨大的明星的爆炸。

现在,天文学家和可视化专家国家航空和航天局美国宇航局的宇宙学习计划结合了美国宇航局大天文台的可见光、红外和x射线图像,创造了动态蟹状星云的三维图像。

多波长计算机图形可视化基于钱德拉X射线天文台以及哈勃和斯皮策太空望远镜的图像。这段大约四分钟的视频解剖了构成这具恒星尸体的复杂嵌套结构,让观众更好地理解了为星云提供动力的极端复杂的物理过程。为整个系统供电的发电站“发动机”是一个Pulsar.,迅速旋转中子星它是爆炸恒星的超密度压缩核心。这个微型发电机以令人难以置信的时钟精度以每秒30次的速度发出辐射脉冲。

来自美国宇航局宇宙学习计划的天文学家和可视化专家结合了美国宇航局各大天文台的可见光、红外和X射线图像,创建了动态蟹状星云的三维表示,蟹状星云是一颗爆炸恒星的残骸。

多波长计算机图形可视化是基于Chandra X射线天文台哈勃Spitzer.太空望远镜。

这段大约四分钟的视频解剖了构成这具恒星尸体的复杂嵌套结构,让观众更好地理解了为星云提供动力的极端复杂的物理过程。为整个系统提供能量的发电站“引擎”是一颗脉冲星,一颗快速旋转的中子星,爆炸恒星的超致密破碎核心。这台微型发电机以难以置信的精密度每秒发射30次剧烈的辐射脉冲。

蟹状星云的X射线图

螃蟹星云X射线视图。信用:美国宇航局,CFA和J. Depasquale(STSCI)

这个可视化是由一个团队在太空望远镜科学研究所(STSCI)马里兰州巴尔的摩;这加州理工学院/ IPAC在加利福尼亚州的帕萨迪纳;和哈佛和史密森尼天体物理中心非洲金融共同体马萨诸塞州的剑桥市。它将在夏威夷檀香山举行的美国天文学会会议上首次亮相。世界各地的天文馆和其他非正式学习中心都可以观看这部电影。

“Seeing two-dimensional images of an object, especially of a complex structure like the Crab Nebula, doesn’t give you a good idea of its three-dimensional nature,” explained STScI’s visualization scientist Frank Summers, who led the team that developed the movie. “With this scientific interpretation, we want to help people understand the Crab Nebula’s nested and interconnected geometry. The interplay of the multiwavelength observations illuminate all of these structures. Without combining X-ray, infrared, and visible light, you don’t get the full picture.”

螃蟹星云的红外视图

螃蟹星云的红外视图。信用:美国宇航局,J. depasquale(Stsci)和R.Hurt(Caltech-Ipac)

由星云中心的脉冲星引擎驱动的某些结构和过程,在特定波长下最为清晰可见。

电影一开始就展示了蟹状星云的背景,准确地指出了它在金牛座的位置。这张图片放大后呈现的是哈勃、斯皮策和钱德拉拍摄的蟹状星云的图像,每一张都突出显示了星系中的一个嵌套结构。接着视频开始了三维x射线结构的缓慢积累,显示了脉冲星和一个充满能量的环状圆盘,并添加了从能量发电机的相反方向发射的粒子喷射。

接下来出现的是脉冲星系统周围的云团的旋转红外图像,它由同步加速器辐射发出。这种独特的辐射形式发生在带电粒子流绕着磁力线旋转时。还有来自尘埃和气体的红外发射。

蟹状星云的光学视图

螃蟹星云光学视图。信用:美国宇航局和esa,j. depasquale(stsci)

接下来,螃蟹星云的可见光外壳出现。看起来像整个系统周围的笼子一样,这种发光气体的壳体由触手形的电离氧气(缺氧缺少一个或多个电子)组成。Pulsar释放的粒子的海啸正在推动这种扩大的碎片云,如动物嘎嘎作用。

在电影的结尾,X射线、红外和可见光模型被结合起来,展示了旋转的三维多波长视图和相应的蟹状星云的二维多波长图像。

这个三维结构可以作为星云想象的科学近似值。“每个嵌套结构的三维视图可以让你了解它的真实尺寸,”萨默斯说。“为了让观众形成一个完整的心理模型,我们想要分别展示每个结构,从清晰的环形圆盘和喷射流,到同步辐射作为云围绕着它,然后可见光作为包围整个系统的笼子结构。”

蟹状星云的罗盘图像

蟹状星云的指南针图像。资料来源:美国宇航局,欧洲航天局,J。德帕斯夸尔(STScI)和R。赫特(加州理工学院/IPAC)

这些嵌套结构是蟹状星云所特有的。它们揭示了这个星云并不是人们曾经普遍认为的经典超新星遗迹。相反,这个系统更适合归类为脉冲星风星云。传统的超新星残骸由冲击波和被加热到数百万度的超新星残骸组成。在脉冲星风星云中,该系统的内部区域由较低温度的气体组成,这些气体被高能同步加速器辐射加热到数千度。

“通过多波长结构,你确实可以更清楚地理解它是脉冲星风星云,”萨默斯说。“这是一个重要的学习目标。你可以理解核心的脉冲星向外移动到同步加速器云的能量,然后再向外移动到笼子的细丝。”

萨默斯和STScI可视化团队与IPAC首席可视化科学家罗伯特·赫特合作拍摄斯皮策图像;以及CfA钱德拉X射线中心的成像处理专家Nancy Wolk,在钱德拉图像上。他们的第一步是回顾过去对蟹状星云的研究,蟹状星云是一个被中国天文学家在1054年观测到的超新星形成的天体。

从二维哈勃,Spitzer和Chandra图像开始,团队与专家合作,分析包括星云的复杂嵌套结构,并识别最佳波长以表示每个组件。三维解释是由科学数据,知识和直觉引导的,具有填写结构的艺术特征。

可视化是由美国宇航局的学习计划宇宙开发的新一代产品和经验之一。努力结合了美国宇航局天体物理学任务的科学和科学家的直接联系,注意观众需要让年轻人,家庭和终身学习者能够探索科学的基本问题,体验科学如何完成,并为自己发现宇宙。

该视频演示了多波长天文的力量。它有助于观众了解天文学家如何以及为什么使用电磁波谱的多个区域来探索和了解我们的宇宙。

美国宇航局的学习资料宇宙基于NNX16AC65A对NNX16AC65A的合作协议奖,与CALTECH / IPAC,JET推进实验室,CFA和SONONAMA州立大学合作工作的工作基础。

是第一个评论在“天文学家使用美国国家航空航天局的伟大观察者[视频]”建立爆炸之星的令人难以置信的3D可视化。

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