古人的几行记录,与山顶望远镜拍到的细丝,正在讲同一个故事。

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图片:NASA 天文每日一图(APOD) · International Gemini Observatory/NOIRLab/NSF/AURA。观测负责人:T. Cunningham(Center for Astrophysics - Harvard & Smithsonian)。图像处理:J. Miller、M. Rodriguez(International Gemini Observatory/NSF NOIRLab)、T.A. Rector(University of Alaska Anchorage/NSF NOIRLab)、D. de Martin、M. Zamani(NSF NOIRLab) · 原始页面。

今天的 APOD 很像一场尚未暗下去的烟花:细丝从中心向外展开,长短不同。这是 Pa 30,仙后座方向一片距离我们约 7500 光年的星云,也是 1181 年超新星事件的有力遗迹候选。

“1181 年”说的是那场事件的光抵达地球、被人看见的年份。光在到达这里以前,已经走了七千多年。我们给这朵烟花记下的生日,带着观测者所在的位置。

客星停在了传舍附近

1181 年 8 月,中国与日本的观测者先后发现一颗突然出现的星。中国把这类暂时出现的天体叫作“客星”。

2023 年,天文学家 Bradley Schaefer 重新分析中日史料,把《文献通考》《宋史》《金史》以及日本《明月记》《玉叶》等文献中的位置描述放到一起。记录反复提到传舍、华盖等古代星官,范围落在今天仙后座附近。

“传舍”是天上的客舍。地上的记录者用这个名字,把一位天上的客人留在了纸上。不过,古代星官究竟包含哪些恒星,后世不同重建之间仍有差别;这些文字需要考证,不能直接当作现代坐标表。

最重要的线索不止位置,还有时间:客星可见约 185 天,记录没有显示它在星空中明显移动。

这有助于排除移动的太阳系天体,但光凭“不动半年”还不能独自证明它一定是超新星。现代研究把持续时间、亮度、历史位置,以及对应天区里今天留下的天体一起比较,才逐步收紧答案。

古人没有写出爆炸机制,却写下了后来可以检验的证据。

一个业余发现,把问题重新打开

2013 年,业余天文爱好者 Dana Patchick 在 WISE 红外巡天数据里发现这片星云。它是 Patchick 的第 30 号星云发现,名字因此叫 Pa 30。

研究人员随后比较它的位置、膨胀年龄和性质。中国科学院 2021 年的介绍报道了把 Pa 30 与 1181 年客星联系起来的研究。原先曾被考虑的遗迹 3C 58,则有年龄等方面的困难。

Pa 30 的中心恒星也很奇怪。研究团队的新闻稿给出约 20 万摄氏度的温度,以及约每秒 16000 公里的星风速度。它没有像一次普通的彻底爆炸那样完全消失。

天文学家把这类不完全爆炸归入 Iax 型超新星,中心幸存者常被称为“僵尸恒星”。两颗白矮星并合,是解释这个系统的一种方案;具体机制还没有完全厘清。

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示意图:来历,依据 Schaefer(2023)、中国科学院(2021)与 NSF NOIRLab(2026)绘制。年份指地球上的观测与研究,不是爆炸现场的绝对时间。

细丝放大后,成了一串珍珠

10 月 6 日公布的新研究,由 Tim Cunningham 与 Ilaria Caiazzo 共同领衔,使用夏威夷双子座北望远镜的 GMOS 仪器观测。

图中颜色映射了不同气体的发射:硫偏红,氧偏蓝绿。新的图像分辨出大约十倍于过去的细丝结构;那些看似平滑的射线,实际由一串串气体结组成,像线上穿着的珍珠。

APOD 把每颗气体结的直径概括为约四光日,也就是光从一头走到另一头要四天。按这个尺度,一颗“珍珠”的宽度约是海王星轨道直径的十一倍。图里细小的一点,已经大过整个行星系统。

这些结的尺度出人意料地相近。周围物质的温度或密度变化,可能参与塑造了它们,但形成机制仍需建模解释。

还有一条安静的线索:中心恒星几乎位于遗迹中心。这让研究者能够限制它在天空平面内被爆炸“踢开”的速度,排除一次很大的横向踢速。

位置接近中心,支持爆炸较为对称的解释;它并不能单独证明整个三维爆炸绝对对称。限制幸存恒星怎样移动,也是在限制哪些爆炸模型能够成立。

可以去看那块天

Pa 30 不是肉眼目标,但仙后座的五颗亮星比较容易辨认。北半球中纬度的秋夜,它们常在北方到东北方天空组成倾斜的 W;具体朝向与高度,随纬度和时刻变化。

看见那片天时,可以想起 1181 年的记录者。他们不知道那颗新星为什么出现,却记下了位置与持续时间。八百多年以后,这些记录仍在参与研究。

一次观测不必当场给出答案。把发生过什么写清楚,未来的人才有机会继续问。


资料

NASA APOD:Supernova Remnant Pa 30;NSF NOIRLab:新图像与研究说明;Cunningham 等:Detection of knots in the supernova type Iax remnant Pa 30;哈佛—史密森天体物理中心;奥地利科学技术研究所;Schaefer(2023):中国与日本的历史观测;中国科学院:科学家解开“中国客星”身世之谜。