Pa 30, pozostałość po SN 1181: Gemini North widzi zagęszczenia we włóknach przypominających fajerwerki

Nowa gwiazda w Kasjopei

Między 4 a 6 sierpnia 1181 roku obserwatorzy zauważyli w Kasjopei gwiazdę w miejscu, w którym wcześniej żadna nie świeciła. Była widoczna przez 185 dni i wspomina o niej osiem odrębnych tekstów. Te niezależne relacje są ze sobą zgodne, dlatego wiadomo z dużą pewnością, kiedy gwiazda się pojawiła, i w przybliżeniu, w którym miejscu nieba.

SN 1181 to jedna z zaledwie pięciu dobrze udokumentowanych supernowych w naszej Galaktyce sprzed wynalezienia teleskopu. Po wybuchu tej skali powinien zostać rozszerzający się obłok szczątków, więc astronomowie go szukali. Długo za najlepszego kandydata uchodziła pozostałość 3C 58, ale jej szacowany wiek każe poważnie wątpić w to powiązanie. W efekcie SN 1181 była jedyną historyczną supernową z ostatniego tysiąca lat, której pozostałości nie potwierdzono.

Gwiazda, która przetrwała własny wybuch

Mgławicę Pa 30 odkryto dopiero w 2013 roku i nie zrobił tego zawodowy astronom. Amerykański miłośnik astronomii Dana Patchick dostrzegł ją, gdy wypatrywał mgławic planetarnych w danych podczerwonych z satelity WISE. Była to trzydziesta mgławica, na którą trafił, stąd liczba w nazwie.

W 2021 roku zespół kierowany przez Andreasa Rittera powiązał ją z SN 1181. Gaz w Pa 30 pędzi z prędkością około 1100 km/s; w takim tempie obłok potrzebowałby mniej więcej tysiąca lat, żeby urosnąć do obecnych rozmiarów. Zgadza się też położenie mgławicy: od miejsca podanego w chińskich i japońskich przekazach odbiega o nie więcej niż 3,5 stopnia.

Mgławica Pa 30 jest wyjątkowa dzięki gwieździe centralnej, IRAS 00500+6713. Temperatura jej powierzchni wynosi około 200 000 kelwinów, a wiatr gwiazdowy, który z niej wieje, ma prędkość około 16 000 km/s. Wygląda na to, że ani gwiazda, ani otaczający ją obłok nie zawierają wodoru ani helu. Taki skład pasuje do połączenia się dwóch białych karłów, czyli gęstych jąder, które zostają po gwiazdach podobnych do Słońca. Takie połączenie może wywołać supernową typu Iax. Zwykły wybuch typu Ia całkowicie niszczy eksplodującego białego karła, natomiast wybuch typu Iax jest słabszy i niepełny, więc gwiazda go przetrwa. Pa 30 to jedyna znana pozostałość po supernowej typu Iax w Drodze Mlecznej.

Fajerwerki z drobnych zagęszczeń

Wcześniejsze zdjęcia w świetle zjonizowanej siarki pokazały obłok szeroki na około 170 sekund kątowych, czyli na niecałe trzy minuty kątowe: to jedna dziesiąta średnicy tarczy Księżyca w pełni. Przecinają go dziesiątki prostych włókien, które rozchodzą się promieniście od gwiazdy centralnej. Właśnie przez ten układ Pa 30 porównuje się do fajerwerków.

Nowe zdjęcia, które przeanalizował zespół kierowany przez Timothy’ego Cunninghama i Ilarię Caiazzo, pochodzą ze spektrografu GMOS na teleskopie Gemini North. Widać na nich około dziesięciu razy więcej włókien, niż wykryto we wcześniejszych badaniach, a same włókna okazują się nie gładkimi smugami, lecz sznurami drobnych zagęszczeń nanizanych jak koraliki na nitkę. Średnicę typowego zagęszczenia szacuje się na około 100 miliardów kilometrów, czyli kilkaset razy więcej niż odległość Ziemi od Słońca. Zdjęcia po raz pierwszy pokazują też, że słaba poświata tlenu pochodzi z tych samych włókien, które emitują światło siarki.

Zagęszczenia są ważną wskazówką, bo idealnie równomierny wypływ gazu pozostałby gładki. Łańcuch zagęszczeń sugeruje, że gaz wokół gwiazdy miał miejscami inną temperaturę lub gęstość i że te różnice rozbiły na fragmenty rozlatujące się szczątki. Wciąż trwa spór o to, jak w ogóle powstały same włókna; każdy model musi teraz odtworzyć także zagęszczenia.

Zespół ustalił też, że geometryczny środek mgławicy pokrywa się z położeniem gwiazdy. Niesymetryczny wybuch wypchnąłby ocalałą gwiazdę ze środka. Skoro wciąż tam jest, ewentualny boczny odrzut nadał jej prędkość mniejszą niż około 100 km/s, a to wskazuje na dość symetryczną eksplozję.

Gdzie jest Pa 30 i dlaczego to cel dla astrofotografów

Pa 30 leży w Kasjopei, w punkcie o rektascensji 0h 53m 11s i deklinacji +67° 30′. Przy takiej deklinacji mgławica nigdy nie zachodzi dla obserwatorów znajdujących się dalej na północ niż około 22,5° szerokości północnej, więc z Europy i większości Ameryki Północnej jest zawsze nad horyzontem. Góruje około północy na początku października, wieczorem w listopadzie i grudniu, a w styczniu o zmroku. Dalej na południe niż około 22,5° szerokości południowej nie wschodzi wcale. Od Ziemi dzieli ją około 7500 lat świetlnych (2,3 kiloparseka).

Wizualnej wielkości gwiazdowej tej mgławicy najwyraźniej nikt dotąd nie opublikował, a szczegółowe zdjęcia jej włókien pochodzą z profesjonalnych teleskopów wyposażonych w filtry wąskopasmowe, ostatnio z teleskopu Gemini North. To cel dla astrofotografów, wymagający długiego naświetlania w wąskich pasmach widma, a nie obiekt do obserwacji wizualnych przez okular.