Pa 30, SN 1181:n jäänne: Gemini North löysi ilotulitusmaisista filamenteista tiivistymiä

Uusi tähti Kassiopeiassa

Vuonna 1181, 4.–6. elokuuta, havaitsijat huomasivat Kassiopeiassa tähden kohdassa, jossa ei ollut aiemmin loistanut mitään. Se pysyi näkyvissä 185 päivää, ja siitä kertoo kahdeksan eri tekstiä. Koska nämä toisistaan riippumattomat kuvaukset ovat yhtäpitäviä, tiedämme luotettavasti, milloin tähti ilmestyi ja suunnilleen missä.

SN 1181 on yksi vain viidestä Linnunradan supernovasta, jotka on kirjattu hyvin muistiin ennen kaukoputken keksimistä. Näin suuren räjähdyksen pitäisi jättää jälkeensä laajeneva pilvi sinkoutunutta ainetta, joten tähtitieteilijät etsivät sellaista. Pitkään suosikkina oli jäänne 3C 58, mutta sen arvioitu ikä sai epäilemään yhteyttä vahvasti. Näin SN 1181 jäi viimeisen tuhannen vuoden historiallisista supernovista ainoaksi, jolle ei ollut löydetty varmistettua jäännettä.

Tähti, joka selvisi omasta räjähdyksestään

Pa 30 löydettiin vasta vuonna 2013, eikä sitä löytänyt ammattilainen. Yhdysvaltalainen harrastajatähtitieteilijä Dana Patchick huomasi sen etsiessään planetaarisia sumuja WISE-satelliitin infrapuna-aineistosta. Se oli kolmaskymmenes hänen löytämänsä sumu, ja siksi nimessä on numero 30.

Vuonna 2021 Andreas Ritterin johtama ryhmä yhdisti sen supernovaan SN 1181. Pa 30:n kaasu liikkuu noin 1 100 km/s:n nopeudella, ja sillä vauhdilla pilvi olisi kasvanut nykyiseen kokoonsa noin tuhannessa vuodessa. Myös sen sijainti vastaa 3,5 asteen tarkkuudella paikkaa, jonka kiinalaiset ja japanilaiset kuvaukset antavat.

Pa 30:n tekee ainutlaatuiseksi sen keskellä oleva tähti, IRAS 00500+6713. Sen pintalämpötila on noin 200 000 kelviniä, ja siitä puhaltaa tähtituuli noin 16 000 km/s:n nopeudella. Sekä tähdestä että pilvestä näyttää puuttuvan vety ja helium. Tällainen koostumus sopii kahden valkoisen kääpiön sulautumiseen; valkoiset kääpiöt ovat tiiviitä ytimiä, joita Auringon kaltaiset tähdet jättävät jälkeensä. Sulautuminen voi laukaista tyypin Iax supernovan. Tavallinen tyypin Ia räjähdys tuhoaa räjähtävän valkoisen kääpiön kokonaan, mutta tyypin Iax räjähdys on heikompi ja jää kesken, joten tähti selviää siitä. Pa 30 on Linnunradan ainoa tunnettu tyypin Iax supernovan jäänne.

Ilotulituksen filamentit ovat tiivistymien ketjuja

Aiemmat ionisoituneen rikin valossa otetut kuvat näyttivät noin 170 kaarisekunnin levyisen pilven (vajaat kolme kaariminuuttia eli kymmenesosa täysikuun läpimitasta). Sen läpi kulkee kymmeniä suoria filamentteja, jotka kaikki osoittavat keskustähteä kohti. Tämän kuvion vuoksi Pa 30:tä verrataan ilotulitukseen.

Uudet kuvat on otettu Gemini Northin GMOS-spektrografilla, ja niitä on analysoinut Timothy Cunninghamin ja Ilaria Caiazzon johtama ryhmä. Kuvissa näkyy noin kymmenen kertaa enemmän filamentteja kuin aiemmissa tutkimuksissa, eivätkä filamentit ole sileitä juovia vaan pienten tiivistymien jonoja, kuin helmiä nauhassa. Tyypillisen tiivistymän läpimitaksi arvioidaan noin 100 miljardia kilometriä, mikä on useita satoja kertoja suurempi kuin Maan ja Auringon välinen etäisyys. Kuvat osoittavat myös ensimmäistä kertaa, että heikko hapen hehku tulee samoista filamenteista, jotka säteilevät rikin valoa.

Tiivistymät ovat tärkeä vihje, koska täysin tasaisesta ulosvirtauksesta syntyisi sileitä, yhtenäisiä juovia. Tiivistymien ketju viittaa siihen, että tähteä ympäröivän kaasun lämpötila tai tiheys vaihteli ja että nämä vaihtelut pilkkoivat sinkoutuvan aineen sen virratessa ulospäin. Se, miten filamentit alun perin syntyivät, on yhä kiistanalaista; minkä tahansa mallin on nyt pystyttävä tuottamaan myös tiivistymät.

Ryhmä havaitsi myös, että sumun geometrinen keskipiste osuu tähden kohdalle. Epäsymmetrinen räjähdys olisi työntänyt siitä selvinneen tähden pois keskeltä. Koska tähti on yhä keskellä, mahdollinen sivusuuntainen potku on antanut sille korkeintaan noin 100 km/s:n nopeuden, mikä viittaa melko symmetriseen räjähdykseen.

Missä Pa 30 on ja miksi se on kuvauskohde

Pa 30 sijaitsee Kassiopeiassa: rektaskensio 0h 53m 11s, deklinaatio +67° 30′. Tällä deklinaatiolla se ei koskaan laske noin 22,5° pohjoista leveyttä pohjoisempana, joten Euroopasta ja suurimmasta osasta Pohjois-Amerikkaa katsottuna se on aina horisontin yläpuolella. Korkeimmillaan se on lokakuun alussa keskiyön tienoilla, marras- ja joulukuussa illalla ja tammikuussa pimeän tullen. Noin 22,5° eteläistä leveyttä etelämpänä se ei nouse lainkaan. Etäisyys on noin 7 500 valovuotta (2,3 kiloparsekia).

Sumulle ei näytä julkaistun visuaalista magnitudia, ja sen filamenttien yksityiskohtaiset kuvat ovat peräisin kapeakaistaisilla suodattimilla varustetuista ammattiteleskoopeista, viimeksi Gemini Northista. Se sopii kohteeksi pitkillä valotuksilla tehtävään kapeakaistakuvaukseen, ei visuaaliseen havaitsemiseen okulaarin läpi.