Pa 30, supernovaresten efter SN 1181: Gemini North hittar knutar i de fyrverkeriliknande filamenten

En ny stjärna i Cassiopeja

Mellan den 4 och den 6 augusti 1181 lade observatörer märke till en stjärna i Cassiopeja, på en plats där ingen stjärna hade lyst tidigare. Den var synlig i 185 dagar och omnämns i åtta olika texter. Eftersom dessa oberoende uppgifter stämmer överens vet vi med god säkerhet när den dök upp och ungefär var.

SN 1181 är en av bara fem väldokumenterade supernovor i Vintergatan från tiden före teleskopets uppfinning. En explosion av den storleken borde lämna efter sig ett expanderande moln av utkastat material, och astronomerna letade därför efter ett sådant moln. Länge var supernovaresten 3C 58 den främsta kandidaten, men dess uppskattade ålder väcker starka tvivel om kopplingen. Därmed var SN 1181 den enda historiska supernovan under de senaste tusen åren som saknade en bekräftad rest.

Stjärnan som överlevde sin egen explosion

Pa 30 upptäcktes inte förrän 2013, och inte av en yrkesastronom. Den amerikanska amatörastronomen Dana Patchick hittade den när han sökte efter planetariska nebulosor i infraröda data från satelliten WISE. Det var den trettionde nebulosan han hittade, därav numret i namnet.

År 2021 kopplade ett forskarlag under ledning av Andreas Ritter den till SN 1181. Gasen i Pa 30 rör sig med omkring 1 100 km/s, och med den hastigheten skulle molnet ha behövt ungefär tusen år för att nå sin nuvarande storlek. Även läget stämmer: det ligger inom 3,5 grader från den plats som anges i de kinesiska och japanska rapporterna.

Det unika med Pa 30 är stjärnan i mitten, IRAS 00500+6713. Dess yttemperatur är omkring 200 000 kelvin, och den driver en stjärnvind på omkring 16 000 km/s. Både stjärnan och molnet runt den verkar sakna väte och helium. Den sammansättningen är förenlig med en sammanslagning av två vita dvärgar, de täta kärnor som solliknande stjärnor lämnar efter sig. En sådan sammanslagning kan utlösa en supernova av typ Iax: en vanlig explosion av typ Ia förstör den exploderande vita dvärgen helt, medan en explosion av typ Iax är svagare och ofullständig, så att en stjärna överlever den. Pa 30 är den enda kända resten efter en supernova av typ Iax i Vintergatan.

Ett fyrverkeri av knutar

Tidigare bilder i ljuset från joniserat svavel visade ett moln som var omkring 170 bågsekunder brett (knappt tre bågminuter, en tiondel av fullmånens diameter), med dussintals raka filament som alla pekar tillbaka mot stjärnan i mitten. Det är det mönstret som gör att Pa 30 jämförs med ett fyrverkeri.

De nya bilderna, som har analyserats av ett forskarlag under ledning av Timothy Cunningham och Ilaria Caiazzo, kommer från spektrografen GMOS på Gemini North. På dem syns omkring tio gånger så många filament som har identifierats i tidigare studier, och de visar att filamenten inte är släta strimmor utan rader av små knutar, som pärlor på ett snöre. En typisk knut uppskattas vara omkring 100 miljarder kilometer i diameter, flera hundra gånger avståndet mellan jorden och solen. Bilderna visar också för första gången att det svaga ljuset från syret kommer från samma filament som ljuset från svavlet.

Knutarna är viktiga eftersom ett helt likformigt utflöde skulle förbli slätt. En kedja av knutar tyder på att gasen runt stjärnan varierade i temperatur eller täthet, och att variationerna bröt upp materialet när det strömmade utåt. Hur filamenten över huvud taget bildades är fortfarande omdiskuterat, men varje modell måste nu kunna återskapa knutarna.

Forskarna fann också att nebulosans geometriska mittpunkt sammanfaller med stjärnan. En osymmetrisk explosion skulle ha knuffat den överlevande stjärnan bort från mitten. Eftersom stjärnan fortfarande står i mitten kan en eventuell knuff i sidled ha gett den en hastighet på högst omkring 100 km/s, vilket talar för en ganska symmetrisk explosion.

Var Pa 30 finns och varför den är ett mål för astrofotografer

Pa 30 ligger i Cassiopeja vid rektascension 0 h 53 min 11 s och deklination +67° 30′. Med den deklinationen går den aldrig under horisonten norr om ungefär 22,5° N. Från Europa och större delen av Nordamerika är den alltså alltid över horisonten, och högst står den kring midnatt i början av oktober, på kvällen i november och december och vid mörkrets inbrott i januari. Söder om ungefär 22,5° S går den aldrig upp över horisonten. Avståndet är omkring 7 500 ljusår (2,3 kiloparsec).

Ingen visuell magnitud för nebulosan tycks ha publicerats, och de detaljerade bilderna av filamenten kommer från professionella teleskop med smalbandsfilter, senast Gemini North. Pa 30 är ett mål för smalbandsfotografering med lång exponeringstid, inte för visuell observation genom ett okular.