天文学家使用NASA的天文台构建令人难以置信的爆炸星3D可视化效果[视频]

这张新的蟹状星云多波长图像将钱德拉X射线天文台的X射线光（蓝色）与哈勃太空望远镜的可见光（黄色）和斯皮策太空望远镜所看到的红外光（红色）结合在一起。这种来自整个电磁频谱的特殊光组合突出了脉冲星云的嵌套结构。X
射线揭示了螃蟹的跳动心脏，这是近一千年前超新星爆炸中残留的中子星。这颗中子星是爆炸恒星的超致密坍缩核心，现在是脉冲星，以每秒30次的起泡速度旋转。围绕脉冲星的是发射X射线材料的圆盘，垂直于该圆盘喷出高能粒子射流。这张图片中的红外光显示了同步加速器辐射，它是由围绕脉冲星的强磁场螺旋形旋转的带电粒子流形成
的。可见光是由高能量（紫外线和X射线）同步加速器辐射加热的氧气发出的。在可见光下看到的精致卷须形成了天文学家称之为的“笼子”，笼罩着丰富的同步辐射，这些辐射又包围了X射线盘和射流的能量狂暴。这些多波长互连的结构说明，脉冲星是这三架望远镜所观测到的主要能量发射源
。蟹状星云距金牛座星座距离地球6500光年。

公元1054年，中国的天空观测者目睹了“新星”突然出现在天上的现象，他们记录的亮度是金星的六倍，是有史以来观测到的最亮的恒星事件。正如他们所描述的，这颗“来宾星”是如此明亮，以至于人们在白天将它看在天空中将近一个月。美洲原住民还在岩画中记录了它的神秘外观。

Rosse勋爵在1844年用当时最大的望远镜观察星云，因为它的触手状结构将其命名为“螃蟹”。但是直到1900年代，天文学家才意识到星云是1054超新星的幸存遗迹，这是一颗巨大恒星的爆炸。

现在，来自NASA的“学习宇宙”计划的天文学家和可视化专家结合了NASA大天文台的可见，红外和X射线视觉，创建了动态蟹状星云的三维表示。

多波长计算机图形可视化是基于钱德拉X射线天文台以及哈勃和斯必泽太空望远镜的图像。大约四分钟的视频剖析了构成这个恒星尸体的复杂嵌套结构，使观众更好地了解了为星云提供动力的极端和复杂的物理过程。使整个系统通电的动力“引擎”是脉冲星，快速旋转的中子星，是爆炸星的超稠密压碎核。微小的发电机以令人难以置信的发条精度，每秒发出30次起泡的辐射脉冲。

NASA“学习宇宙”计划的天文学家和可视化专家结合了NASA大天文台的可见，红外和X射线视觉，创建了动态蟹状星云的三维表示，这是一颗爆炸恒星的残骸。

多波长计算机图形可视化是基于钱德拉X射线天文台以及哈勃和斯必泽太空望远镜的图像。

大约四分钟的视频剖析了构成这个恒星尸体的复杂嵌套结构，使观众更好地了解了为星云提供动力的极端和复杂的物理过程。为整个系统提供动力的动力“引擎”是脉冲星，快速旋转的中子星，是爆炸星的超稠密压碎核。微小的发电机以令人难以置信的发条精度，每秒发出30次起泡的辐射脉冲。

蟹状星云的X射线视图。

可视化是由马里兰州巴尔的摩市太空望远镜科学研究所的一个小组制作的。加利福尼亚州帕萨迪纳市的Caltech / IPAC；以及位于马萨诸塞州剑桥市的天体物理学中心/哈佛与史密森尼中心（CfA）。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。这部电影可在全球的天文馆和其他非正式学习中心使用。

STScI的可视化科学家弗兰克·萨默斯（Frank Summers）解释说：“看到物体的二维图像，尤其是像蟹状星云这样的复杂结构的二维图像，并不能使您很好地了解其三维本质。”电影。“通过这种科学的解释，我们希望帮助人们了解蟹状星云的嵌套和相互连接的几何形状。多波长观测的相互作用阐明了所有这些结构。如果不结合X射线，红外线和可见光，就无法获得完整的图像。”

蟹状星云的红外视图。

由星云中心的脉冲星引擎驱动的某些结构和过程最好在特定波长下看到。

这部电影首先在上下文中显示了蟹状星云，并指出了它在金牛座的位置。此视图放大后呈现了蟹状星云的哈勃，斯必泽和钱德拉图像，每个图像都突出了系统中的嵌套结构之一。然后，视频开始缓慢地建立三维X射线结构，显示脉冲星和通电材料的环形盘，并添加从高能发电机相对两侧发射的粒子射流。

接下来出现的是包裹脉冲星系统并从同步加速器辐射中发光的云的旋转红外图。当带电粒子流围绕磁力线旋转时，就会发生这种独特的辐射形式。灰尘和气体还会发出红外线。

蟹状星云的光学视图。

接下来出现蟹状星云的可见光外壳。看起来像整个系统的笼子一样，这种炽热的气体壳由触手形的离子化氧气丝构成（氧气缺少一个或多个电子）。脉冲星释放出的粒子海啸正像不断摇动其笼子的动物一样，推动着不断扩大的碎片云。

电影的结尾将X射线，红外和可见光模型组合在一起，以显示蟹状星云的旋转三维多波长视图和相应的二维多波长图像。

三维结构可作为科学上可行的近似方法，用于对星云进行成像。萨默斯说：“每个嵌套结构的三维视图使您可以了解其真实尺寸。”“为使观看者能够建立完整的心理模型，我们希望分别显示每个结构，从环形盘和形成鲜明浮雕的射流，到同步加速器辐射，如围绕在其周围的云，然后再将可见光作为围绕其的笼状结构。整个系统。”

蟹状星云的指南针图像。

这些嵌套结构是蟹状星云特有的。他们发现，星云并非像通常认为的那样是经典的超新星遗迹。相反，该系统可以更好地归类为脉冲星云。传统的超新星遗迹由爆炸波和来自超新星的残骸组成，残骸已被加热到数百万度。在脉冲星云中，系统的内部区域由低温气体组成，该气体通过高能同步加速器辐射加热至数千度。

萨默斯说：“真正地通过多波长结构，您可以更清楚地了解它是脉冲星云。”“这是一个重要的学习目标。您可以了解来自核心处脉冲星的能量，这些能量向外传播到同步加速器云，然后进一步传播到笼子的细丝。”

萨默斯（Summers）和STScI可视化团队与IPAC首席可视化科学家Robert Hurt合作，对Spitzer图像进行了研究。 CfA钱德拉X射线中心的影像处理专家南希·沃尔克（Nancy Wolk）就钱德拉影像进行了研究。他们的第一步是回顾过去对蟹状星云的研究，蟹状星云是由中国天文学家在1054年看到的超新星形成的，经过深入研究。

该团队从二维哈勃，斯必泽和钱德拉图像开始，与专家合作分析了由星云组成的复杂嵌套结构，并确定了代表每个分量的最佳波长。三维解释以科学数据，知识和直觉为指导，并在结构中填充了艺术特征。

可视化是NASA的“学习宇宙”计划开发的新一代产品和体验之一。这项工作将与NASA天体物理学任务的科学和科学家直接联系在一起，并关注观众的需求，以使青年，家庭和终身学习者能够探索科学的基本问题，体验科学的发展方式，并亲自发现宇宙。

该视频演示了多波长天文学的强大功能。它可以帮助听众了解天文学家如何以及为何利用电磁频谱的多个区域来探索和了解我们的宇宙。

NASA的学习宇宙材料基于NASA在太空望远镜科学研究所的合作协议编号NNX16AC65A的支持下开展的工作，该协议是与Caltech / IPAC，喷气推进实验室，CfA和Sonoma州立大学合作开展的。