[S&T译文]闪烁的蟹状星云！

闪烁的蟹状星云！

天体物理学家们长久以来一直将蟹状星云的X射线波段视作稳定的“标准烛光”。直到今年1月12日，在美国天文学会的一次会议上，来自美国航空航天局马歇尔宇航中心的科琳·威尔森-霍奇，展示了研究团队的最新发现——蟹状星云的“烛光”存在波动。

“如果是只有单个卫星探测器报告这种情况的话，就绝不会有人相信这个结论，”威尔森·霍奇说。但是，当来自四个不同X射线卫星探测器项目的仪器专家组综合比较了观测结果后，他们发现了相同的异常之处，因此，他们逐渐相信波动的存在，因为“所有的观测结论都指向了同一个目标——蟹状星云”。

                               
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过去12年中四个不同X射线卫星探测器探测到的蟹状星云X射线输出的变化情况。
美国宇航局戈达德宇宙航行中心



路易斯安那州立大学（LSU）的麦克·切莉和加里·凯斯在美国宇航局的费米伽马射线太空望远镜的伽马射线喷射监控仪（GBM）上首次注意到了蟹状星云的能量输出有减弱的迹象。为验证这种迹象确实存在而非仪器本身的误差，研究小组提取了从2008年8月至2010年7月GBM的过往数据，并与其它三个太空X射线天文台的相应数据进行了对比。结果显示，蟹状星云的辐射强度在过去两年内总体上有7%的稳步减弱，并且主要集中在四个高能X射线波段上（范围从12,000电伏至500,000电伏）。如果回顾更早的数据，1999年以来蟹状星云的辐射输出是“明暗”交替的，最大的幅度曾达到每年3.5%。

“其它探测器小组也看到了类似的情况，但他们并不以为然。”威尔森·霍奇说，“因为惯性思维（即蟹状星云是稳定不变的）通常是难以克服的。”

蟹状星云是全天最为明亮并且被确信是稳定的高能辐射（X射线及伽马射线）源。因此几十年来，天文学家一直将其视为高能天体物理领域的“标准烛光”使用。并且它还是仪器校准的标准程序之一，甚至作为度量单位使用，“millicrab”(译注：即千分之一的蟹状星云辐射密度。X射线天文学家在对各个X射线探测器上不同探测元件得到的观测结果进行比较时使用此单位）。而现在，突如其来的蟹状星云辐射波动现象必将影响任何一个将其作为标准或校准工具的研究项目。

“目前我们还没有复核以前的分析结果，所以还不能肯定地说会造成什么后果，”威尔森·霍奇说，“对有些仪器和观测结果来说影响可能不大，但是也可能会有复核分析结果后改变研究结论的情况发生”。

凯斯从这一发现中领悟到了非常受用的经验总结：“希望我们发现非稳态的蟹状星云这一结果能够帮助X射线天文学家们意识到探测仪器之间进行交叉校对的重要性。”

                               
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上图为蟹状星云组合图片，其中包含了钱德拉X射线探测器的图片（浅蓝色）、斯皮策太空望远镜红外图（红色）以及哈勃太空望远镜的可见光图。
J.Hester / A.Loll / R.Gehrz / 美国宇航局 / 欧洲航天局



蟹状星云——超新星爆发后的遗迹，是人类最常研究的天体之一，由中国天文学家于1054年首次观测到。爆发后的恒星核心转变为脉冲星——具有高密度的中子星每秒钟旋转大约30次，抛射的外层物质形成了不断向外扩张的星云，而且受脉冲星的能量影响，气体云在整个电磁波频谱散发光芒。鉴于脉冲星规律的射电及X射线脉冲并未发生改变，因此学者们怀疑波动源自于星云的内层。

“那里整个环境都被脉冲星的电磁场所环绕，而且我们猜想不是很稳定，”卡维里粒子天体物理及宇宙学研究院（同时也是能源部SLAC国家加速器实验室及斯坦福大学所在）院长罗杰·布兰福德说道，“X射线的变化可能与磁场的重构有关，但发生的地点仍然是个迷。”

原文《当标准烛光闪烁时》，已于1月12日在《天体物理学报》发表。可访问以下网址阅读在线版本：arxiv.org/PS_cache/arxiv/pdf/1010/1010.2679v1.pdf。

原文如下：http://www.skyandtelescope.com/news/home/114295114.html

The Crab Nebula Flickers!

Astrophysicists have long thought of the Crab Nebula as a steady “standard candle” in X-ray wavelengths. But on January 12th, at the American Astronomical Society meeting, Colleen Wilson-Hodge of NASA’s Marshall Space Flight Center presented findings from a team of researchers that showed fluctuations in the nebula’s output.

"If only one satellite instrument had reported this, no one would have believed it," said Wilson-Hodge. But when a team including instrument experts for four different X-ray satellites compared observations and found the same variations, they became convinced that the variations stemmed from “the one thing all of the observations had in common – the Crab Nebula.”

                               
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Combined data from four X-ray satellites shows fluctuations in the Crab Nebula’s X-ray output over the last 12 years.
NASA Goddard Space Flight Center


Mike Cherry and Gary Case at Louisiana State University (LSU) first noticed a dimming in the Crab’s output with the Gamma-ray Burst Monitor (GBM) on NASA’s Fermi Gamma-ray Space Telescope. To check that the dimming was real and not an artifact of instrument error, the team took past GBM data, from August 2008 to July 2010, and combined it with corresponding data from three other space-based X-ray observatories. The results showed that radiation from the Crab Nebula saw a steady decline totaling 7% over the past two years at four high-energy X-ray bands (in the range of 12,000 to 500,000 electron-volts). Looking even further back, overall output from the Crab has varied – brightened and dimmed – by as much as 3.5% a year since 1999.

“Other instrument teams saw this variability in their instruments, but didn't believe it,” said Wilson-Hodge. “Conventional wisdom (i.e. the Crab is constant) can be hard to overcome.”

The Crab Nebula is the brightest source of reasonably steady high-energy radiation (X-rays and gamma rays) in the sky. So for decades, astronomers have used it as a “standard candle” in the field of high-energy astrophysics. It’s routinely used for instrument calibration and even as a unit of measure, the “millicrab.” An unexpectedly varying Crab Nebula might have affected any research that used the Crab as a standard or a calibration tool.

“Since we haven't gone back yet and re-analyzed previous results, we can't say for sure what the impact will be,” said Wilson-Hodge. “For some instruments and observations the effect would be slight, but there may be instruments for which re-analysis could change conclusions of some studies.”

Case draws a practical lesson from the discovery: “Hopefully our results regarding a non-constant Crab will help X-ray astronomers realize the importance of cross-checking calibrations between instruments.”

                               
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This composite image of the Crab Nebula combines a Chandra X-ray image in light blue with the Spitzer Space Telescope infrared image in red and Hubble Space Telescope’s optical image.
J.Hester / A.Loll / R.Gehrz / NASA / ESA


The Crab Nebula, one of the most-studied celestial objects, is the remnant of a supernova that was observed by Chinese astronomers in 1054. The exploding star’s core became a pulsar, a hyperdense neutron star rotating about 30 times per second, while its outer layers formed the nebula, an expanding cloud of gas glowing across the entire electromagnetic spectrum from the pulsar's energy. Since the pulsar’s regular radio and X-ray pulses have not altered, researchers suspect that the fluctuations originate in the inner portion of the nebula.

"This environment is dominated by the pulsar's magnetic field, which we suspect is organized precariously," said Roger Blandford, director of the Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology, jointly located at the Department of Energy's SLAC National Accelerator Laboratory and Stanford University. "The X-ray changes may involve some rearrangement of the magnetic field, but just where this happens is a mystery."

The original article, When A Standard Candle Flickers, was published on January 12th in the Astrophysical Journal Letters. You can read the preprint at arxiv.org/PS_cache/arxiv/pdf/1010/1010.2679v1.pdf.

顶！短小精悍的文章！

这贴不错，比较详细介绍了螃蟹！谢谢分享

回复 5# 超越光速

1054年的天关客星啊！很显然是超新星，从观测资料看，像是II-p型的，质量只能在9-11个太阳之间；更低就是白矮星了，更高的话，星云的元素成分就不同了。

现在的问题在于，M1的星云质量只能测出5个太阳上限（根据辐射量统计），这颗中子星最多2个太阳质量，那么剩下的2个太阳质量在哪里？不会说都转换为能量了吧！
为了解释这个丢失的质量，天文学家企图通过所谓的高速恒星风来解释。问题在于：像SN1987A这样比较远的超新星，我们都能观测到明显的激波——超新星爆发的冲击波追上了原先的恒星风；而这么近的M1，却看不见激波。其实，红超巨星的恒星风并不快。

回复 7# 超越光速

不清楚，我是直接翻译了wikipedia中的英文内容贴在这里的。II-p型是我估计的，因为它白天都能看见23天，显然是有很长一段时间都很亮。
从质量估计看，原先的显然是红超巨星而不可能是WR星。

“嘉佑元年三月，司天监言：‘客星没，客去之兆也’。初，至和元年五月，晨出东方，守天关。昼如太白，芒角四出，色赤白，凡见二十三日。”

与参宿四对比，质量为其的一半，距离远了100倍以上，前身星估计亮度比现在的参宿四至少低5个星等，就算在古代，显然也处于看不见状态，可能最亮时勉强能被看到。所以不被记载。

回复 10# 超越光速

说实话，恒星演化我还真不是很了解。
你能提供红超巨星演化为蓝超巨星的典型例子吗（不要举SN 1987A前身星哦）？在我看来，这种收缩能够让外部的光球温度从3000K以下上升到1万K以上，貌似不太可能吧。

R136中最大几颗，最好不要作为例证。我想a1应该是几颗巨恒星逐步合并的结果，不是一开始就是300个太阳质量的怪兽恒星。所以质量损失多少，都只能作为一家之言的估计数，不能认为是必然的。
在这个极为密集的超级星团中，大质量恒星本来就容易沉到最中心。假如一开始就形成了这么巨大的恒星，貌似我们现在早该看不见了。毕竟星团中的恒星形成，还是需要一段时间的，这个量级本身就在上百万年，只不过我们研究球状星团时，它们都存在数十亿年了，最初的100万年完全可以忽略。你看看M42的四合星团周围不是还有许多正在形成的恒星嘛！等过了千万年再来看M42，也许就像现在的昴星团一样了，那些最初的蓝超巨星早已消逝，连超新星遗迹都找不到了。
我也想到昴星团为何难于发现中子星或黑洞了——它们形成时有很大的反冲初速度，1亿年后很可能早已不在其中了。

回复 12# 超越光速

一般认为是必须＞8倍，更小质量就不能形成超新星爆发了。如果不是在双星中，质量较小的，氢包层丢失应该较少，p型可能较大。
这个不关键，反正按此推理，参宿四爆发后会比满月亮是比较靠谱的，而且是个很亮的点光源。

我倒是对天关客星的色赤白比较感兴趣。好像其他超新星爆发都是蓝白色、蓝色的。

楼主翻译辛苦了，先看看

回复 16# 超越光速

不对吧，4倍也行？以前的教科书，8倍好像才是界限吧！你看wikipedia的哪个地方这样写着？我看，与其看这些互相矛盾的，还不如相信《千亿个太阳》吧！
你也不想想，4倍太阳质量的恒星，内核质量最多也就0.5个太阳质量，这么小的白矮星，最后就是一个碳氧核的白矮星，你怎么说能触发碳聚变呢？