В 2023 году астроном-любитель Дана Патчик просматривала изображения из архива Wide-field Infrared Survey Explorer и обнаружила диффузный круглый объект в созвездии Кассиопеи.
Она обнаружил, что эта видимая туманность интересна тем, что она ярка в инфракрасной части спектра, но практически невидима в цветах света, видимых нашими глазами. Дана добавила этот объект в базу данных группы астрономов-любителей Deep Sky Hunters, полагая, что это планетарная туманность — тихий остаток звезд, по массе похожий на Солнце, назвав его PA 30.
Однако профессиональные астрономы, подобравшие его оттуда, поняли, что этот объект гораздо больше, чем казалось на первый взгляд. Теперь они полагают, что это остаток потерянной сверхновой, наблюдавшейся в 1181 году. И притом чрезвычайно редкого типа.
Приглашенная звезда
В начале августа 1181 года в созвездии, известном сейчас как Кассиопея, появилась «гостевая звезда». Китайским астрономам того времени оно было известно как Чуаньше. Они и японские астрономы зафиксировали появление звезды и заявляют, что она оставалась видимой в течение 185 дней, неподвижная относительно других звезд.
В 1971 году астрономы впервые поняли, что эта «гостевая звезда» почти наверняка была сверхновой, поскольку долго она оставалась видимой на ночном небе. Это сделало первоначальное наблюдение чрезвычайно редким сообщением об исторической сверхновой.
Считается, что сверхновые возникают в среднем примерно раз в столетие в таких галактиках, как Млечный Путь, но, поскольку они могут быть скрыты, если находятся на дальней стороне галактики и скрыты полосами густой пыли, не все они будут видимы для нас.
В конечном итоге это сделало SN 1181 одной из менее чем дюжины предполагаемых сверхновых в зарегистрированной истории до возникновения современной астрономии. И из них только четыре были окончательно связаны с остатками наблюдений. Хотя астрономы уверены, что эти исторические сверхновые действительно были сверхновыми, без идентифицированного остатка невозможно определить тип сверхновых.
Ранее SN 1181 потенциально была связана с пульсаром, известным как 3C 58, но попытки определить возраст этого объекта показали, что он слишком стар, чтобы его можно было связать с китайскими записями.
РА 30
Хотя PA 30 первоначально была отмечена как потенциальная планетарная туманность, быстро стало очевидно, что это совсем не так.
Всего через год после открытия астрономы исследовали объект. Из-за планетарных туманностей центральная звезда потеряла большую часть своих внешних слоев, в результате чего обнажилось все еще чрезвычайно горячее ядро звезды. Излучение этой звезды нагреет созданную туманность, вызывая эмиссионные линии в спектрах. Однако в спектре РА 30 эти эмиссионные линии отсутствовали.
Последующие наблюдения были проведены в 2016 году. Они выявили ветры от центральной звезды с «беспрецедентными» скоростями 16 000 км/сек (5% скорости света). Были обнаружены эмиссионные линии центральной звезды, состоящие из высокоионизированного кислорода и углерода, но и в центральной звезде, и в туманности отсутствовали водород и гелий. Туманность расширялась со скоростью примерно 1100 км/сек, что в 100 раз превышает скорость расширения типичной планетарной туманности.
Однако эти характеристики также не полностью соответствуют ожиданиям от сверхновой. Во-первых, скорость расширения туманности была ниже, чем у большинства выбросов сверхновых. Во-вторых, даже в большинстве сверхновых должны присутствовать водород и гелий, поскольку это внешний слой звезд, взрывающийся при взрыве.
Первая попытка объяснить это была предпринята в 2019 году. Там астрономы предположили, что сверхновая возникла в результате слияния двух белых карликов, которые оба уже были обеднены этими более легкими элементами, поскольку они выпустили свои атмосферы в конце своей жизни на главной последовательности. В частности, астрономы предположили, что это было слияние белого карлика с углеродно-кислородной атмосферой с карликом с кислородно-неоновой атмосферой, в результате чего образовался исключительно редкий тип сверхновой, известный как SN Тип Iax.
Это предложение решает обе проблемы. Предыдущая потеря атмосферы объясняет отсутствие водорода и гелия. Кроме того, этот тип сверхновых не вызывает такого сильного взрыва, как другие, что объясняет более низкую, чем ожидалось, скорость расширения.
Дальнейшие исследования подтвердили это. Углубившись в спектры, исследование показало, что в спектрах содержится более высокое, чем ожидалось, содержание неона и магния, которые являются результатом синтеза углерода. Это сделало PA 30 единственной известной сверхновой такого типа в нашей галактике.
Ранние исследования показали, что остаток звезды может иметь чрезвычайно сильные магнитные поля, которые приводят в действие сильные ветры. Однако более позднее моделирование, опубликованное на arXiv, показало, что остаток может похвастаться более скромным магнитным полем.
Но действительно ли это было связано с SN 1181?
Более глубокое погружение в исторические записи, безусловно, делает это вероятным. Записи из Китая и Японии указывают, что звезда находилась «в лунном домике Куй», рядом с «пятой звездой Чуаньше», «рядом с [созвездием] Цзивэй» и «около [созвездия] Ванлян».
В совокупности эти описания образуют ряд ограничений, описывающих область, в которой следует найти остаток сверхновой. PA 30 попадает под него, а другой кандидат, 3C 58, — нет.
Более того, в ходе того же исследования были направлены поиски наблюдений центральной звезды, невольно запечатленных на архивных фотопластинках, начиная с 1889 года. Это позволило астрономам собрать воедино более позднюю историю того, как звезда могла погаснуть. Экстраполируя это в обратном направлении, астрономы смогут определить, насколько ярким должен был быть объект в 1181 году.
Снова обращаясь к историческим данным, SN 1181, как полагают, имеет пиковую яркость -1,4. Это согласуется с тем, насколько ярким был бы PA 30 в то время, исходя из того, как он потускнел.
Возраст PA 30 также был изучен с учетом скорости расширения туманности. Опять же, время очень хорошо совпало со временем SN 1181.
В конечном счете, все признаки указывают на PA 30 как на остаток SN 1181. Это делает его пятым остатком сверхновой, который был положительно связан с наблюдением сверхновой в нашей собственной галактике. Эта близость позволит изучить последствия этого редкого типа сверхновой в беспрецедентных деталях.