969年前——更准确地说，是在1054年7月4日——宇宙中能量最强、最猛烈的事件之一发出的光到达了地球:一颗超新星，或者说是一颗爆炸的恒星。
虽然它的源头离我们6500光年远，但这颗超新星发出的光非常明亮，在白天可以看到好几个星期。从那时起，世界各地的各种文明都记录了它的出现，这就是我们如何知道它发生的那一天。几百年后，天文学家在观察金牛座的天空时，注意到牛角尖附近有一团雾状的东西。19世纪中期，天文学家威廉·帕森斯(William Parsons)根据自己通过91厘米望远镜观察到的情况，画出了这个毛茸茸的球，并指出它看起来有点像螃蟹(如果你眯着眼睛看的话)。这个名字被沿用了下来:我们今天仍然叫它蟹状星云。(“星云”在拉丁语中是“雾”的意思。)
我们现在知道蟹状星云是那颗古老超新星的巨大残骸云，以每小时500万公里的速度从爆炸地点爆炸而出。在过去的一千年里，这种物质已经膨胀到直径超过10光年的大小，而且仍然非常明亮，即使在黑暗的地方用双筒望远镜也能看到。这是业余天文学家的最爱;我在后院亲眼见过。每年的这个时候，它在美国东部时间晚上9点左右升起，用小型望远镜很容易看到。
当然，通过更大的硬件，视觉效果会更好。天文学家最近将强大的詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)对准了蟹状星云，希望能更好地了解星云的结构，他们的发现甚至可能解开一个长期存在的谜团，即蟹状星云起源于一颗逝去的恒星的死亡阵痛。
从某些方面来说，这幅画面似曾相识。这张照片很像2005年哈勃太空望远镜拍摄的那张。这两张照片都展示了一个几乎足球形状的云，光滑的蒸汽物质包裹在更锋利的，多色的缕状卷须中。在云的中心，几乎被碎片所覆盖，是一个光点:脉冲星，很久以前爆炸的大质量恒星的残余核心。
然而，哈勃望远镜主要观测可见光，也就是我们眼睛看到的那种。它的图像主要显示了由中央脉冲星的强大辐射激发的冲击波在云的物质和热气体中荡漾。JWST对红外光很敏感，所以，事实上，它的成像显示出不同的结构。
(说句题外话，自哈勃拍摄以来的近20年里，这个星云已经明显膨胀了。欧洲航天局有一个工具可以在哈勃和JWST的星云图像之间滑动，你可以很容易地看到物质向外移动。)
JWST的图像主要显示的不是激波和热气体，而是由蟹状星云的尘埃和同步辐射产生的特征。前者由微小的硅酸盐颗粒(岩石物质)或类似烟灰的复杂碳分子组成，主要出现在星云的外部卷须中。后者是被捕获的电子以接近光速的速度围绕脉冲星的强磁力线旋转而发出的怪异光芒。同步辐射通常在无线电波和红外线中最容易被观测到，所以在JWST的观测中，同步辐射主导着更平滑的内部云。
在这些观察中使用的滤光器之一是对来自热铁气体的光进行调谐，追踪整个卷须中电离金属的分布。天文学家希望，这些测量结果可以回答一个关于一千年前产生这个巨大混乱星云的恒星的基本问题。
像太阳这样的恒星在其核心将氢融合成氦。这种热核反应产生了大量的光和热，使我们的母星发光。当太阳耗尽氢来聚变时，它将开始死亡，膨胀成一颗红巨星，然后最终消失。但离我们的恒星开始消亡还有几十亿年，所以放轻松吧。
然而，质量比太阳大的恒星可以融合更重的元素。氦可以转化为碳，碳可以转化为镁、氖和氧，最终形成硫和硅等元素。如果一颗恒星的质量超过太阳的8倍，它就会把硅原子挤压得太紧，以至于它们聚变成铁——这就意味着灾难。铁原子聚变所消耗的能量比它们释放的能量要多——一颗恒星迫切需要聚变能量向外的推力来支撑它的核心，以对抗自身引力的向内拉。一旦铁开始聚变，恒星的核心就失去了支撑，引发了灾难性的坍塌。一系列复杂的过程发生了，但在一瞬间，一股真正震撼人心的能量波被释放出来，足以使恒星爆炸。
如果核心本身的质量小于太阳质量的2.8倍，它就会坍缩成一颗超致密、快速旋转的中子星。它旋转的磁场扫过物质，并像灯塔一样以两束光束向外喷射，形成脉冲星。但如果核心的质量比这更大，它的引力就会变得非常强，以至于它会一直缩小，变成一个黑洞。
蟹状星云有一颗脉冲星，这表明其超新星前身的核心质量不到太阳的2.8倍。但这颗恒星本身的总质量可能是太阳的8到20倍。这马上就出现了一个问题。蟹状星云脉冲星的质量不到太阳的两倍，而整个星云的估计质量是太阳的五倍。但加起来最多只有7个太阳质量。这颗恒星的质量肯定比这更大才会爆炸，那么这些物质去哪了呢?脉冲星周围可能有隐藏的物质，嵌入星云中，望远镜还没有探测到。星云的结构可以为这种物质提供线索，或者至少指向天文学家可以更深入研究的地方。
甚至这颗恒星本身也是个谜。它有多大?测量星云可能会提供答案。铁核坍塌只是大质量恒星爆炸的一种方式。对于质量是太阳8到12倍的恒星来说，还有另一种湮灭方式。它们的核心非常热，有无数的自由电子在密集的地狱汤中游动。通常，一种被称为简并压力的量子力学特性会使电子抵抗压缩，从而为核心增加支撑。但在恒星聚变的一个特定阶段，这些电子有可能被原子核吸收，从而消除压力。这可能会在恒星有机会产生铁之前引发核心坍缩。
科学家们在1980年首次提出了这种触发超新星的电子捕获机制，但直到2018年，人们才通过另一个星系中一颗遥远的爆炸恒星发出的光中的特征观测到它。当天体物理学家用望远镜斜视蟹状星云时——就像他们观察它的甲壳类形状一样——他们看到了它可能以类似方式爆炸的迹象。但这样的斜视并不能代替确定性;更清晰的信息可能来自JWST对星云含铁量的测量。这种元素的丰度可以让研究人员区分“正常”的核心坍缩和由电子捕获引发的核心坍缩。这些数据仍在分析中，但希望这个谜题也能得到解决。
这可能就是为什么最近观测螃蟹的计划在争夺JWST宝贵观测时间的激烈竞争中获胜的原因;用一组观测结果来解决两个不同的谜题，这种简单的前景正是科学家们所喜欢的。当然，蟹状星云的任何图像都保证是令人瞠目结舌的美丽。这也无妨。