Pa 30, Überrest der Supernova 1181: Gemini North findet Knoten in den feuerwerksartigen Filamenten

Ein neuer Stern in der Kassiopeia

Zwischen dem 4. und dem 6. August 1181 bemerkten Beobachter in der Kassiopeia einen Stern an einer Stelle, an der zuvor keiner geleuchtet hatte. Er blieb 185 Tage lang sichtbar, und acht verschiedene Texte berichten von ihm. Weil diese unabhängigen Berichte übereinstimmen, wissen wir zuverlässig, wann der Stern erschien und ungefähr wo.

SN 1181 gehört zu den nur fünf gut dokumentierten Supernovae in unserer Milchstraße aus der Zeit vor der Erfindung des Fernrohrs. Eine Explosion dieser Größenordnung müsste eine sich ausdehnende Trümmerwolke hinterlassen; deshalb suchten Astronomen danach. Lange galt der Supernovaüberrest 3C 58 als bester Kandidat, doch sein geschätztes Alter stellt die Zuordnung stark infrage. Damit blieb SN 1181 die einzige historische Supernova der letzten tausend Jahre ohne gesicherten Überrest.

Der Stern, der seine eigene Explosion überlebte

Pa 30 fand man erst 2013, und der Finder war kein Profi: Der US-amerikanische Amateurastronom Dana Patchick stieß auf den Nebel, als er Infrarotdaten des Satelliten WISE nach planetarischen Nebeln durchsuchte. Pa 30 war der 30. Nebel, den er fand — daher die Zahl im Namen.

Im Jahr 2021 brachte ein Team um Andreas Ritter den Nebel mit SN 1181 in Verbindung. Das Gas von Pa 30 bewegt sich mit etwa 1.100 km/s, und bei diesem Tempo hätte die Wolke rund tausend Jahre gebraucht, um ihre heutige Größe zu erreichen. Auch die Position stimmt bis auf 3,5 Grad mit der Ortsangabe in den chinesischen und japanischen Berichten überein.

Was Pa 30 einzigartig macht, ist der Stern in der Mitte: IRAS 00500+6713. Der Stern hat eine Oberflächentemperatur von etwa 200.000 Kelvin und treibt einen Sternwind mit rund 16.000 km/s an. Sowohl dem Stern als auch der Wolke scheinen Wasserstoff und Helium zu fehlen. Diese Zusammensetzung passt zur Verschmelzung zweier Weißer Zwerge, also der dichten Kerne, die sonnenähnliche Sterne am Ende zurücklassen. Eine solche Verschmelzung kann eine Supernova vom Typ Iax auslösen: Eine gewöhnliche Typ-Ia-Explosion zerstört den explodierenden Weißen Zwerg vollständig, eine Explosion vom Typ Iax ist dagegen schwächer und unvollständig, sodass ein Stern übrig bleibt. Pa 30 ist der einzige bekannte Überrest einer Typ-Iax-Supernova in der Milchstraße.

Ein Feuerwerk aus Knoten

Frühere Aufnahmen im Licht von ionisiertem Schwefel zeigten eine etwa 170 Bogensekunden große Wolke (knapp drei Bogenminuten, ein Zehntel des Vollmonddurchmessers), durchzogen von Dutzenden gerader Filamente, die alle strahlenförmig vom Zentralstern ausgehen. Wegen dieses Musters wird Pa 30 mit einem Feuerwerk verglichen.

Die neuen Aufnahmen stammen vom Spektrographen GMOS am Teleskop Gemini North; ausgewertet hat sie ein Team um Timothy Cunningham und Ilaria Caiazzo. Sie zeigen etwa zehnmal so viele Filamente, wie frühere Untersuchungen gefunden hatten, und machen sichtbar, dass die Filamente keine glatten Streifen sind, sondern Ketten kleiner Knoten, wie Perlen an einer Schnur. Der Durchmesser eines typischen Knotens wird auf etwa 100 Milliarden Kilometer geschätzt, also mehrere hundert Mal so viel wie der Abstand zwischen Erde und Sonne. Außerdem zeigen die Aufnahmen erstmals, dass das schwache Leuchten des Sauerstoffs von denselben Filamenten stammt, die auch das Licht des Schwefels aussenden.

Die Knoten sind aufschlussreich, denn ein völlig gleichmäßig ausströmendes Gas würde keine Knoten bilden. Eine Kette von Knoten deutet darauf hin, dass Temperatur oder Dichte des Gases rund um den Stern schwankten und dass diese Unterschiede die Trümmer beim Ausströmen zerrissen. Wie die Filamente überhaupt entstanden sind, ist noch umstritten; jedes Modell muss nun auch die Knoten erklären.

Das Team stellte außerdem fest, dass der geometrische Mittelpunkt des Nebels mit dem Stern zusammenfällt. Eine asymmetrische Explosion hätte den überlebenden Stern aus der Mitte gestoßen. Da er noch immer im Zentrum steht, kann ein seitlicher Stoß ihn höchstens auf etwa 100 km/s beschleunigt haben — ein Hinweis auf eine recht symmetrische Explosion.

Wo Pa 30 steht und warum der Nebel ein Ziel für Astrofotografie ist

Pa 30 steht in der Kassiopeia bei Rektaszension 0h 53m 11s und Deklination +67° 30′. Bei dieser Deklination geht der Nebel überall nördlich von etwa 22,5° nördlicher Breite nie unter. Von Europa und dem größten Teil Nordamerikas aus bleibt er also stets über dem Horizont; am höchsten steht er Anfang Oktober um Mitternacht, im November und Dezember am Abend und im Januar schon bei Einbruch der Dunkelheit. Südlich von etwa 22,5° südlicher Breite geht er nie auf. Der Nebel ist etwa 7.500 Lichtjahre (2,3 Kiloparsec) entfernt.

Für den Nebel scheint bislang keine visuelle Helligkeit veröffentlicht worden zu sein, und die detaillierten Aufnahmen seiner Filamente stammen von professionellen Teleskopen mit Schmalbandfiltern, zuletzt von Gemini North. Pa 30 ist ein Ziel für lang belichtete Schmalbandaufnahmen, nicht für die visuelle Beobachtung am Okular.