SN 1181の残骸Pa 30、花火のようなフィラメントに連なる小さな塊をジェミニ北望遠鏡がとらえる

カシオペヤ座に現れた新しい星

1181年8月4日から6日にかけて、それまで星が見えなかったカシオペヤ座の一角に、星が輝いていることに観測者たちが気づきました。この星は185日間見え続け、8つの別々の文献に記録が残っています。互いに独立したこれらの記録が一致しているので、星が現れた時期と、おおよその位置は確かにわかっています。

SN 1181は、望遠鏡が発明される前に天の川銀河で起き、記録がよく残っている超新星5つのうちの1つです。これほどの規模の爆発なら、広がり続ける残骸の雲が後に残っているはずなので、天文学者はそれを探してきました。長いあいだ有力な候補は超新星残骸3C 58でしたが、推定される年齢から、SN 1181の残骸だという見方は強く疑問視されています。そのためSN 1181は、過去1,000年に記録が残る超新星のなかで、残骸が確認されていない唯一のものになっていました。

自らの爆発を生き延びた星

Pa 30が見つかったのは2013年になってからで、見つけたのはプロの天文学者ではありませんでした。アメリカのアマチュア天文家ダナ・パチックが、WISE衛星の赤外線データで惑星状星雲を探していたときに発見しました。パチックが見つけた30番目の星雲だったことが、名前についている数字の由来です。

2021年、アンドレアス・リッターが率いるチームが、Pa 30をSN 1181と結びつけました。Pa 30のガスは約1,100 km/sの速さで動いていて、この速さなら、雲が現在の大きさになるまでにおよそ1,000年かかったことになります。Pa 30の位置も、中国と日本の記録にある位置と3.5°以内で一致しています。

Pa 30がほかに例のない天体とされるのは、中心にある星IRAS 00500+6713のためです。この星の表面温度は約20万ケルビンで、約1万6,000 km/sの恒星風を吹き出しています。星にも周りの雲にも、水素とヘリウムが含まれていないように見えます。この組成は、2つの白色矮星が合体したという考えと合っています。白色矮星は、太陽のような星が一生の最後に残す高密度の中心核です。白色矮星どうしの合体は、Iax型超新星を引き起こすことがあります。ふつうのIa型超新星では、爆発する白色矮星が完全に吹き飛んでしまいますが、Iax型の爆発はそれより弱く、不完全なため、星が生き残ります。Pa 30は、天の川銀河で知られている唯一のIax型超新星の残骸です。

小さな塊でできた花火

電離した硫黄の光で撮ったこれまでの画像では、Pa 30は差し渡し約170秒角（3分角弱で、満月の見かけの直径の約10分の1）の雲で、その中を何十本ものまっすぐなフィラメントが走り、どれも中心の星の方向を向いていました。この姿から、Pa 30は花火にたとえられています。

新しい画像は、ジェミニ北望遠鏡の分光器GMOSで撮影されたもので、ティモシー・カニンガムとイラリア・カイアッツォが率いるチームが解析しました。画像には、これまでの研究で見つかっていた数の約10倍のフィラメントが写っています。しかもフィラメントはなめらかな筋ではなく、糸に通したビーズのように、小さな塊が連なったものでした。典型的な塊の差し渡しは約1,000億 kmと見積もられていて、地球と太陽の距離の数百倍にあたります。また、硫黄の光を出しているフィラメントが淡い酸素の光も出していることが、この画像で初めてわかりました。

塊が重要なのは、流れ出す残骸がまったく均一なら、塊はできず、なめらかなままのはずだからです。塊が連なっているということは、星の周りのガスの温度や密度にばらつきがあり、外へ流れ出していく残骸が、そのばらつきのせいでちぎれていったことを示唆しています。そもそもフィラメントがどのようにできたのかは、まだ議論が続いています。これからは、どのモデルも、この塊ができることまで説明できなければなりません。

研究チームは、星雲の幾何学的な中心が、中心の星の位置と一致することも確かめました。爆発が偏っていれば、生き残った星ははじき飛ばされ、中心からずれていたはずです。星は今も真ん中にあるので、横向きにはじかれたとしても、その速さは約100 km/s未満です。これは、爆発がかなり対称的だったことを示しています。

Pa 30の位置と、撮影向きの天体である理由

Pa 30はカシオペヤ座にあり、位置は赤経0時53分11秒、赤緯+67°30′です。この赤緯のため、北緯約22.5°より北では、どこでも地平線の下に沈むことがありません。ヨーロッパや北アメリカの大部分からはいつも地平線の上にあり、最も高くなるのは、10月上旬には真夜中ごろ、11月と12月には宵のうち、1月には日が暮れるころです。南緯約22.5°より南では、まったく昇りません。距離は約7,500光年（2.3キロパーセク）です。

この星雲を目で見たときの明るさ（等級）は、発表されていないようです。フィラメントの詳しい画像は、どれも狭帯域フィルターをつけた研究用の望遠鏡で撮影されたもので、最も新しいものはジェミニ北望遠鏡による画像です。Pa 30は、狭帯域フィルターを使った長時間露出の撮影で狙う天体で、接眼レンズをのぞいて目で見る天体ではありません。