Pa 30, resten af SN 1181: Gemini North finder knuder i de fyrværkerilignende filamenter

En ny stjerne i Cassiopeia

Mellem den 4. og 6. august 1181 lagde iagttagere mærke til en stjerne i Cassiopeia på et sted, hvor ingen stjerne havde lyst før. Den kunne ses i 185 dage, og otte forskellige tekster omtaler den. Fordi disse uafhængige beretninger stemmer overens, ved vi med sikkerhed, hvornår den dukkede op, og nogenlunde hvor.

SN 1181 er en af kun fem veldokumenterede supernovaer i Mælkevejen fra tiden før teleskopets opfindelse. En eksplosion af den størrelse må forventes at efterlade en sky af udslynget materiale, der udvider sig, så astronomerne ledte efter den. Supernovaresten 3C 58 var længe den foretrukne kandidat, men dens anslåede alder sår stærk tvivl om forbindelsen. Dermed var SN 1181 den eneste historiske supernova fra de seneste tusind år uden en bekræftet rest.

Stjernen, der overlevede sin egen eksplosion

Pa 30 blev først opdaget i 2013, og ikke af en professionel astronom. Den amerikanske amatørastronom Dana Patchick fandt den, mens han gennemsøgte infrarøde data fra WISE-satellitten efter planetariske tåger. Det var den 30. tåge, han fandt, og deraf tallet i navnet.

I 2021 knyttede et hold under ledelse af Andreas Ritter den til SN 1181. Gassen i Pa 30 bevæger sig med omkring 1.100 km/s, og med den fart ville skyen have været omtrent tusind år om at nå sin nuværende størrelse. Også positionen passer: Tågen ligger højst 3,5 grader fra det sted, som de kinesiske og japanske beretninger angiver.

Det, der gør Pa 30 enestående, er stjernen i midten, IRAS 00500+6713. Dens overfladetemperatur er omkring 200.000 kelvin, og den udsender en stjernevind med en hastighed på omkring 16.000 km/s. Både stjernen og skyen ser ud til at mangle hydrogen og helium. Den sammensætning passer med en sammensmeltning af to hvide dværge, de tætte kerner, som stjerner af Solens type efterlader sig. En sådan sammensmeltning kan udløse en type Iax-supernova: En almindelig type Ia-eksplosion ødelægger den eksploderende hvide dværg fuldstændigt, mens en type Iax-eksplosion er svagere og ufuldstændig, så der bliver en stjerne tilbage. Pa 30 er den eneste kendte rest efter en type Iax-supernova i Mælkevejen.

Et fyrværkeri af knuder

Tidligere billeder i lyset fra ioniseret svovl viste en sky med en diameter på omkring 170 buesekunder (knap tre bueminutter, en tiendedel af fuldmånens bredde), gennemtrukket af snesevis af lige filamenter, der alle peger tilbage mod stjernen i midten. Det mønster er grunden til, at man sammenligner Pa 30 med et fyrværkeri.

De nye billeder, som et hold under ledelse af Timothy Cunningham og Ilaria Caiazzo har analyseret, kommer fra spektrografen GMOS på Gemini North. De viser omkring ti gange så mange filamenter, som tidligere undersøgelser fandt, og de viser, at filamenterne ikke er jævne striber, men rækker af små knuder, som perler på en snor. En typisk knude anslås at være omkring 100 milliarder kilometer i diameter, flere hundrede gange afstanden fra Jorden til Solen. Billederne viser også for første gang, at det svage skær fra oxygen kommer fra de samme filamenter, som udsender lyset fra svovl.

Knuderne er vigtige, fordi en helt ensartet udstrømning ville forblive jævn. En kæde af knuder tyder på, at gassen omkring stjernen varierede i temperatur eller tæthed, og at disse variationer brød det udslyngede materiale op, mens det strømmede udad. Hvordan filamenterne overhovedet er opstået, er der stadig uenighed om; enhver model skal nu også kunne frembringe knuderne.

Holdet fandt også, at tågens geometriske centrum falder sammen med stjernen. En asymmetrisk eksplosion ville have skubbet den overlevende stjerne væk fra midten. Da den stadig befinder sig i midten, kan et eventuelt sidelæns skub højst have givet den en fart på omkring 100 km/s, og det peger på en ret symmetrisk eksplosion.

Hvor Pa 30 står på himlen, og hvorfor den egner sig som fotomotiv

Pa 30 ligger i Cassiopeia ved rektascension 0h 53m 11s og deklination +67° 30′. Ved den deklination går den aldrig ned på breddegrader nord for omkring 22,5° N, så fra Europa og det meste af Nordamerika er den altid over horisonten. Den står højest omkring midnat i begyndelsen af oktober, om aftenen i november og december og omkring mørkets frembrud i januar. Syd for omkring 22,5° S står den slet ikke op. Afstanden er omkring 7.500 lysår (2,3 kiloparsec).

Der ser ikke ud til at være offentliggjort nogen visuel magnitude for tågen, og de detaljerede billeder af filamenterne stammer fra professionelle teleskoper med smalbåndsfiltre, senest Gemini North. Tågen egner sig til smalbåndsfotografering med lang eksponeringstid, men ikke til visuel observation gennem et okular.