这张由美国宇航局哈勃太空望远镜拍摄的图像显示了面纱星云或天鹅座环的一部分。为了创造这张彩色图像，哈勃的广角相机3号仪器使用了五种不同的滤镜进行了观测。新的后处理方法进一步增强了双电离氧(此处以蓝色阴影显示)、电离氢和电离氮(此处以红色阴影显示)排放的细节。图片来源:ESA/Hubble & NASA, Z. Levay

INFUSE是一项新的探空火箭任务，旨在研究天鹅座环的超新星遗迹。它利用一种独特的仪器，结合了成像和光谱学，试图揭开恒星爆炸的奥秘，以及它们在创造新天体中的作用。

一项新的探空火箭任务将前往太空，以了解爆炸性恒星死亡如何为新恒星系统奠定基础。积分场紫外光谱实验(INFUSE)探空火箭任务将于2023年10月29日美东时间晚上9点35分从新墨西哥州的白沙导弹靶场发射。

天鹅座环:一种天体现象

每年有几个月，天鹅座(拉丁文“天鹅”的意思)会在北半球的夜空中掠过。它的翅膀上方是天文学家和专业科学家最喜欢的目标:天鹅座环，也被称为面纱星云。

这张图片展示了夜空中的天鹅座，在拉丁语中是“天鹅”的意思。天鹅座环超新星遗迹，也被称为面纱星云，位于天鹅翅膀附近，在这里的矩形框中勾画出来。来源:美国国家航空航天局

天鹅座环是一颗曾经是太阳20倍大的恒星的残骸。大约2万年前，那颗恒星在自身引力作用下坍缩，爆发成一颗超新星。天文学家估计，即使在2600光年之外，这道闪光的亮度也足以在白天从地球上看到。

超新星:银河建筑师

超新星是伟大生命周期的一部分。它们将在恒星核心形成的重金属喷射到周围的尘埃和气体云中。它们是宇宙中所有比铁重的化学元素的来源，包括那些构成我们身体的元素。从被搅动的云和恒星物质中，来自超新星的气体和尘埃逐渐聚集在一起，形成行星、恒星和新的恒星系统。

科罗拉多大学博尔德分校(University of Colorado Boulder)的研究教授、INFUSE任务的首席研究员布莱恩·弗莱明(Brian Fleming)说:“像形成天鹅座环这样的超新星对星系的形成有着巨大的影响。”

了解超新星动力学

天鹅座环提供了一个罕见的仍在进行中的超新星爆炸。这个巨大的星云直径已经超过120光年，今天仍在以大约每小时93万英里(约每小时150万公里)的速度膨胀。

我们的望远镜从天鹅座环捕捉到的并不是超新星爆炸本身。相反，我们看到的是被激波锋面过热的尘埃和气体，当它冷却下来时，激波锋面会发光。

弗莱明说:“INFUSE将通过捕捉爆炸波撞击星系周围漂浮的冷气团时发出的光，来观察超新星如何向银河系释放能量。”

创新仪器:INFUSE

为了观察炙热边缘的激波锋面，弗莱明和他的团队开发了一种望远镜，可以测量远紫外光——一种我们的眼睛无法看到的能量太大的光。这种光线揭示了温度在9万到54万华氏度(约5万到30万摄氏度)之间的气体，这些气体在撞击后仍在嘶嘶作响。

INFUSE是一个完整的场摄谱仪，是第一个飞向太空的同类仪器。该仪器结合了两种研究光的方法的优势:成像和光谱学。你的典型望远镜都有擅长成像的照相机——显示光从哪里来，忠实地显示它的空间排列。但是望远镜不会把光分成不同的波长或“颜色”——相反，所有不同波长的光在得到的图像中相互重叠。

另一方面，光谱学是将一束光分离成其组成波长或光谱，就像棱镜将光分离成彩虹一样。这个过程揭示了光源是由什么组成的，它的温度，以及它是如何移动的各种信息。但是光谱学每次只能看到一束光。这就像通过一个狭窄的锁眼看夜空。

博士生Emily Witt在集成到有效载荷之前，将精密的图像切片器(INFUSE的核心光学技术)安装到CU-LASP洁净室的支架上。图片来源:科罗拉多大学博尔德分校/布莱恩·弗莱明

INFUSE仪器捕获图像，然后将其“切片”，将切片排列成一个巨大的“锁眼”。然后，分光仪可以将每个切片分散到它的光谱中。这些数据可以重新组合成三维图像，科学家称之为“数据立方体”——就像一堆图像，每一层都显示出特定波长的光。

影响及未来展望

利用INFUSE的数据，弗莱明和他的团队不仅可以识别特定的元素和它们的温度，还可以看到这些不同元素在激波前沿的位置。

“这是一个非常令人兴奋的项目，”同样来自科罗拉多大学博尔德分校的首席研究生艾米丽·威特(Emily Witt)说，她领导了INFUSE的大部分组装和测试，并将领导数据分析。“通过这些首次测量，我们将更好地了解超新星中的这些元素是如何与周围环境混合的。这是了解超新星物质如何成为地球等行星甚至像我们这样的人的一部分的一大步。”

为了进入太空，INFUSE的有效载荷将乘坐探空火箭飞行。这些灵活的、无人驾驶的火箭发射到太空进行几分钟的数据收集，然后回落到地面。INFUSE的有效载荷将搭载一枚两级“黑色勃兰特9”探空火箭，目标高度约为150英里(240公里)，在那里进行观测，然后跳伞返回地面进行回收。该团队希望升级仪器并再次发射。事实上，INFUSE火箭的部分部件本身就是从2022年从澳大利亚发射的DEUCE任务中重新利用的。

美国宇航局的探空火箭计划结束了在弗吉尼亚州瓦洛普斯岛的瓦洛普斯飞行设施进行了介绍，该设施由马里兰州格林贝尔特的美国宇航局戈达德太空飞行中心管理。美国宇航局的太阳物理部门管理着该机构的探空火箭项目。INFUSE有效载荷的开发得到了NASA天体物理部门的支持。