Pa 30, supernovaresten etter SN 1181: Gemini North finner knuter i de fyrverkeriliknende filamentene

En ny stjerne i Kassiopeia

Mellom 4. og 6. august 1181 la observatører merke til en stjerne i Kassiopeia der det ikke hadde vært noen før. Den var synlig i 185 dager, og åtte ulike tekster omtaler den. Fordi disse uavhengige beretningene stemmer overens, vet vi sikkert når den dukket opp, og omtrent hvor.

SN 1181 er en av bare fem godt dokumenterte supernovaer i Melkeveien fra tiden før teleskopet ble oppfunnet. En så stor eksplosjon bør etterlate seg en sky av materiale som utvider seg, og derfor lette astronomene etter en slik sky. Lenge var supernovaresten 3C 58 den fremste kandidaten, men den anslåtte alderen til 3C 58 gjør det svært tvilsomt at de to hører sammen. Dermed var SN 1181 den eneste historiske supernovaen fra de siste tusen årene uten en bekreftet supernovarest.

Stjernen som overlevde sin egen eksplosjon

Pa 30 ble ikke oppdaget før i 2013, og ikke av en fagastronom. Den amerikanske amatørastronomen Dana Patchick fant tåken da han lette etter planetariske tåker i infrarøde data fra satellitten WISE. Det var den 30. tåken han fant – derav tallet i navnet.

I 2021 koblet en gruppe ledet av Andreas Ritter tåken til SN 1181. Gassen i Pa 30 beveger seg med omtrent 1 100 km/s, og med den farten måtte skyen ha brukt rundt tusen år på å vokse til den størrelsen den har i dag. Også posisjonen stemmer, innenfor 3,5 grader, med stedet som de kinesiske og japanske kildene oppgir.

Det som gjør Pa 30 enestående, er stjernen i midten, IRAS 00500+6713. Overflatetemperaturen er omtrent 200 000 kelvin, og vinden fra stjernen holder en fart på rundt 16 000 km/s. Både stjernen og skyen ser ut til å mangle hydrogen og helium. En slik sammensetning passer med at to hvite dverger har smeltet sammen – de tette kjernene som solliknende stjerner etterlater seg. En slik sammensmelting kan utløse en supernova av type Iax. Ved en vanlig type Ia-eksplosjon blir den hvite dvergen som eksploderer, fullstendig ødelagt. En eksplosjon av type Iax er svakere og ufullstendig, så stjernen overlever. Pa 30 er den eneste kjente resten etter en type Iax-supernova i Melkeveien.

Fyrverkeri av knuter

Tidligere bilder i lyset fra ionisert svovel viste en sky som er omtrent 170 buesekunder på tvers (litt under tre bueminutter, en tidel av fullmånens bredde), med flere dusin rette filamenter som alle peker tilbake mot stjernen i midten. Det er på grunn av dette mønsteret at Pa 30 sammenliknes med fyrverkeri.

De nye bildene, som en gruppe ledet av Timothy Cunningham og Ilaria Caiazzo har analysert, er tatt med spektrografen GMOS på Gemini North. De viser omtrent ti ganger så mange filamenter som tidligere studier fant, og de viser at filamentene ikke er jevne striper, men rekker av små knuter, som perler på en snor. En typisk knute anslås å være omtrent 100 milliarder kilometer i diameter, flere hundre ganger avstanden fra Jorda til Sola. Bildene viser også for første gang at den svake gløden fra oksygen kommer fra de samme filamentene som sender ut lyset fra svovel.

Knutene er viktige fordi en helt jevn utstrømning ville ha holdt seg jevn. En kjede av knuter tyder på at gassen rundt stjernen varierte i temperatur eller tetthet, og at disse variasjonene splittet materialet opp mens det strømmet utover. Hvordan filamentene i det hele tatt oppsto, er fortsatt omstridt, men enhver modell må nå kunne gjenskape knutene.

Gruppen fant også at det geometriske sentrum for tåken faller sammen med stjernen. En skjev eksplosjon ville ha skjøvet den overlevende stjernen bort fra midten. Siden stjernen fortsatt står i midten, kan et eventuelt sidelengs støt høyst ha gitt den en fart på omtrent 100 km/s, og det tyder på en nokså symmetrisk eksplosjon.

Hvor Pa 30 står, og hvorfor tåken er et mål for astrofotografer

Pa 30 ligger i Kassiopeia og har rektascensjon 0 h 53 min 11 s og deklinasjon +67° 30′. Med en slik deklinasjon går tåken aldri ned noe sted nord for omtrent 22,5° nordlig bredde, så fra Europa og det meste av Nord-Amerika er den alltid over horisonten. Den står høyest rundt midnatt i begynnelsen av oktober, om kvelden i november og desember og omtrent ved mørkets frembrudd i januar. Sør for omtrent 22,5° sørlig bredde kommer den aldri over horisonten. Avstanden er omtrent 7 500 lysår (2,3 kiloparsec).

Det ser ikke ut til at noen har publisert en visuell størrelsesklasse for tåken, og de detaljerte bildene av filamentene er tatt med profesjonelle teleskoper med smalbåndsfiltre, senest med Gemini North. Pa 30 er et motiv for smalbåndsfotografering med lang eksponeringstid, ikke et objekt for visuell observasjon gjennom okularet.