Pa 30, de rest van SN 1181: Gemini North vindt knopen in de vuurwerkfilamenten

Een nieuwe ster in Cassiopeia

Tussen 4 en 6 augustus 1181 zagen waarnemers een ster in Cassiopeia op een plek waar eerder niets had gestaan. Hij bleef 185 dagen zichtbaar, en acht afzonderlijke teksten maken er melding van. Omdat die onafhankelijke verslagen met elkaar overeenstemmen, weten we met zekerheid wanneer en ongeveer waar de ster verscheen.

SN 1181 is een van slechts vijf goed gedocumenteerde supernovae in ons Melkwegstelsel uit de tijd vóór de uitvinding van de telescoop. Een explosie van die omvang hoort een uitdijende wolk van puin achter te laten, en dus gingen astronomen op zoek. Lange tijd gold de supernovarest 3C 58 als beste kandidaat, maar door de geschatte leeftijd van 3C 58 is dat verband zeer twijfelachtig. Zo bleef SN 1181 over als de enige historische supernova van de afgelopen duizend jaar zonder bevestigde rest.

De ster die zijn eigen explosie overleefde

Pa 30 werd pas in 2013 ontdekt, en niet door een beroepsastronoom. De Amerikaanse amateurastronoom Dana Patchick vond de nevel toen hij infraroodgegevens van de WISE-satelliet doorzocht op planetaire nevels. Het was de dertigste nevel die hij vond – vandaar het getal in de naam.

In 2021 bracht een team onder leiding van Andreas Ritter de nevel in verband met SN 1181. Het gas van Pa 30 beweegt met ongeveer 1100 km/s, en bij die snelheid moet de wolk zo’n duizend jaar nodig hebben gehad om zijn huidige omvang te bereiken. Ook de positie klopt: die ligt binnen 3,5 graden van de plek die de Chinese en Japanse verslagen noemen.

Wat Pa 30 uniek maakt, is de ster in het midden, IRAS 00500+6713. De oppervlaktetemperatuur van die ster is ongeveer 200.000 kelvin, en hij stoot een sterrenwind uit met een snelheid van zo’n 16.000 km/s. Zowel de ster als de wolk lijken geen waterstof of helium te bevatten. Die samenstelling past bij een samensmelting van twee witte dwergen, de compacte kernen die sterren zoals de zon achterlaten. Zo’n samensmelting kan een type Iax-supernova veroorzaken. Een gewone type Ia-explosie vernietigt de exploderende witte dwerg volledig; een type Iax-explosie is zwakker en onvolledig, zodat er een ster overblijft. Pa 30 is de enige bekende rest van een type Iax-supernova in de Melkweg.

Vuurwerk van knopen

Eerdere opnamen in het licht van geïoniseerde zwavel toonden een wolk van ongeveer 170 boogseconden doorsnede (iets minder dan drie boogminuten, een tiende van de breedte van de volle maan), doorregen met tientallen rechte filamenten die allemaal terugwijzen naar de centrale ster. Door dat patroon wordt Pa 30 met vuurwerk vergeleken.

De nieuwe opnamen komen van de GMOS-spectrograaf op Gemini North; een team onder leiding van Timothy Cunningham en Ilaria Caiazzo heeft ze geanalyseerd. Ze laten ongeveer tien keer zoveel filamenten zien als er in eerdere studies werden gevonden, en ze tonen dat de filamenten geen gladde strepen zijn, maar snoeren van kleine knopen, als kralen aan een draad. Een typische knoop is naar schatting zo’n 100 miljard kilometer groot: enkele honderden keren de afstand van de aarde tot de zon. Ook blijkt voor het eerst dat de zwakke gloed van zuurstof uit dezelfde filamenten komt als het licht van zwavel.

Die knopen zijn belangrijk, omdat een volkomen gelijkmatige uitstroom glad zou blijven. Een ketting van knopen wijst erop dat de temperatuur of de dichtheid van het gas rond de ster niet overal gelijk was, en dat het puin door die verschillen uiteenviel terwijl het naar buiten stroomde. Hoe de filamenten überhaupt zijn ontstaan, is nog onderwerp van discussie; elk model moet nu ook de knopen kunnen verklaren.

Het team ontdekte ook dat het geometrische middelpunt van de nevel samenvalt met de ster. Een asymmetrische explosie zou de overgebleven ster uit het midden hebben geduwd. Omdat de ster nog steeds in het midden staat, kan een zijwaartse duw hem hooguit een snelheid van ongeveer 100 km/s hebben gegeven, en dat wijst op een vrij symmetrische explosie.

Waar Pa 30 staat en waarom de nevel zich leent voor fotografie

Pa 30 staat in Cassiopeia, op rechte klimming 0h 53m 11s en declinatie +67° 30′. Bij die declinatie gaat de nevel op elke plek ten noorden van ongeveer 22,5° noorderbreedte nooit onder. Vanuit Europa en het grootste deel van Noord-Amerika staat Pa 30 dus altijd boven de horizon. Het hoogst staat de nevel rond middernacht begin oktober, ’s avonds in november en december, en rond het invallen van de duisternis in januari. Ten zuiden van ongeveer 22,5° zuiderbreedte komt Pa 30 nooit op. De afstand is ongeveer 7500 lichtjaar (2,3 kiloparsec).

Er lijkt geen visuele magnitude van de nevel te zijn gepubliceerd, en de gedetailleerde opnamen van de filamenten komen van professionele telescopen met smalbandfilters, de meest recente van Gemini North. Pa 30 leent zich voor smalbandfotografie met lange belichtingstijden, niet voor visuele waarneming door een oculair.