Supernowa z 1181 roku zostawiła węzły gazu 10 razy szersze niż orbita Neptuna

Świecące smugi, które wybuchły z Pa 30 jak zamrożony fajerwerk, wcale nie są smugami. Nowe zdjęcia z teleskopu Gemini North na Hawajach pokazują, że każdy filament to łańcuch węzłów gazu nanizanych jak perły, a każdy węzeł jest wystarczająco szeroki, aby pomieścić orbity wszystkich ośmiu planet około dziesięciokrotnie.

Ma to znaczenie, ponieważ Pa 30 jest jedynym miejscem w naszej galaktyce, gdzie astronomowie mogą badać szczątki rzadkiego, częściowo nieudanego rodzaju eksplozji gwiazdowej, której ocalały wciąż znajduje się w jej wnętrzu. Węzły są pierwszym szczegółowym spojrzeniem na to, jak te szczątki się rozpadły, a położenie gwiazdy wskazuje, że wybuch był znacznie bardziej równomierny niż większość supernowych.

Pa 30 to prawdopodobna pozostałość po „gwieździe gościnnej”, którą astronomowie w średniowiecznych Chinach i Japonii, wraz ze źródłami arabskimi, obserwowali płonącą w gwiazdozbiorze Kasjopei. Dziś mgławica wygląda jak główka mniszka: kula promienistych filamentów wokół niezwykle gorącej gwiazdy centralnej. Nowe obserwacje, prowadzone przez Tima Cunninghama z Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian oraz Ilarię Caiazzo z Institute of Science and Technology Austria (ISTA), ujawniają około dziesięciokrotnie więcej tych filamentów niż jakiekolwiek wcześniejsze zdjęcie.

„Region planetarny naszego Układu Słonecznego zmieściłby się w każdym węźle około dziesięciokrotnie, z zapasem” – powiedziała Caiazzo. „Węzły są uderzająco jednolite. Jesteśmy podekscytowani, że będziemy mogli spróbować je modelować.”

Jak Gemini North wydobył węzły z blasku gwiazd

Zespół użył spektrografu Gemini Multi-Object Spectrograph (GMOS) na teleskopie Gemini North, który znajduje się na wysokości ponad 4 200 metrów na Maunakea. Zamiast zbierać całe światło widzialne, zastosowano filtry wąskopasmowe przepuszczające tylko blask określonych atomów: zjonizowanej siarki, która świeci na czerwono, oraz dwukrotnie zjonizowanego tlenu, który świeci na niebiesko-zielono. Zablokowanie wszystkiego innego sprawia, że słaby gaz wyróżnia się na tle zatłoczonego pola gwiazd za nim.

W świetle siarki liczba wykrytych filamentów wzrosła o około rząd wielkości w porównaniu z poprzednimi badaniami. Przy bliższym przyjrzeniu się okazało się, że te filamenty nie były gładkimi liniami, ale kaskadami węzłów lub skupisk. Obrazy tlenowe przyniosły drugi wynik: pierwsze potwierdzenie, że rozproszona poświata tlenu widoczna we wcześniejszych obserwacjach pochodzi z tych samych filamentów co siarka, a nie z oddzielnej chmury.

Pomiar węzłów oznaczał pracę na granicy możliwości atmosfery. Mediana szerokości filamentu siarkowego wyniosła 0,7 sekundy łuku, tylko nieznacznie szersza niż 0,5 sekundy łuku rozmycia powietrza nad teleskopem tej nocy. Ten niewielki nadmiar oznacza, że filamenty są częściowo rozdzielone, a to implikuje typową średnicę węzła wynoszącą około 10^16 centymetrów, czyli mniej więcej 100 miliardów kilometrów.

Pa 30 w liczbach, które można odczuć

Orbita Neptuna ma około 9 miliardów kilometrów średnicy, więc pojedynczy węzeł w Pa 30 rozciąga się na więcej niż dziesięć takich orbit ułożonych obok siebie. To mniej więcej 670 razy więcej niż odległość między Ziemią a Słońcem, a mgławica jest poprzecinana łańcuchami tych węzłów.

Pa 30 znajduje się około 7 500 lat świetlnych od Ziemi. Brzmi to odlegle, ale jest znacznie bliżej niż centrum Drogi Mlecznej, oddalone o około 26 000 lat świetlnych, i to właśnie ta bliskość jest powodem, dla którego węzły są widoczne. „Widzimy tyle szczegółów dzięki bliskości Pa 30 do Ziemi” – powiedziała Caiazzo.

Gwiazda w sercu mgławicy, skatalogowana jako IRAS 00500+6713, płonie w temperaturze około 200 000 stopni Celsjusza, ponad 30 razy gorętszej niż powierzchnia Słońca. Wytwarza wiatr o prędkości około 16 000 kilometrów na sekundę, czyli ponad 5 procent prędkości światła. Supernowa, która ją stworzyła, jest jedną z zaledwie pięciu w Drodze Mlecznej zaobserwowanych z Ziemi przed wynalezieniem teleskopu.

Gwiazda, która nigdy nie dostała kopniaka

Większość supernowych niszczy swoją gwiazdę lub pozostawia po sobie zwarte zwłoki. Pa 30 należy do rzadszej klasy zwanej Typem Iax: słabszych, niepełnych eksplozji termojądrowych, które pozostawiają uszkodzonego ocalałego, nazywanego „zombie star”. Naukowcy sugerują, że ta rozpoczęła się jako zderzenie dwóch białych karłów – gęstych, wielkości Ziemi pozostałości po gwiazdach, które zużyły swoje paliwo. Pa 30 to jedyna znana pozostałość typu Iax w Drodze Mlecznej. Kilka podobnych obiektów istnieje w innych galaktykach, ale to jedyny, w którym teleskopy mogą zobaczyć ocalałego.

W niesymetrycznych eksplozjach ocalała gwiazda otrzymuje „kopniaka”, który wysyła ją w dryf z dala od centrum jej szczątków. Obrazy z Gemini umieszczają środek mgławicy dokładnie tam, gdzie znajduje się gwiazda. Zespół ustalił górną granicę około 100 kilometrów na sekundę dla ewentualnego bocznego kopniaka, co jest niewielkie w porównaniu z własnym wiatrem gwiazdy.

„Eksplozje zachowują pęd. Jeśli sama eksplozja była idealnie symetryczna, wyrzucona materia również powinna być symetryczna, a ocalała gwiazda nie powinna otrzymać znaczącego kopniaka” – powiedziała Caiazzo. „Praktycznie nie widzimy, żeby gwiazda w ogóle się oddalała.”

Czego węzły nie rozstrzygają

Obrazy pokazują węzły, ale nie to, co je utworzyło. Naukowcy sugerują, że wahania temperatury lub gęstości gazu wokół gwiazdy mogły rozbić wypływające szczątki na skupiska, ale żaden model nie odtworzył dotąd tak regularnych łańcuchów. Własny opis Caiazzo – uderzająco jednolite i czekające na modelowanie – jest raczej otwartym pytaniem niż odpowiedzią.

Pomiar rozmiaru również opiera się na niewielkim marginesie. Filamenty są tylko nieznacznie szersze niż rozmycie atmosferyczne, więc średnica węzła jest wnioskiem z częściowo rozdzielonych profili, a nie czystym pomiarem poszczególnych węzłów. Obrazy tlenowe zostały wykonane w gorszych warunkach, z szerokościami około 1 sekundy łuku, które pokrywają się z samym rozmyciem.

Ograniczenie kopniaka dotyczy tylko ruchu w poprzek nieba. Obrazy nie mogą zmierzyć ruchu w kierunku nas lub od nas, a wcześniejsze badanie tej samej grupy z użyciem Keck Cosmic Web Imager wykazało więcej szczątków po jednej stronie niż po drugiej wzdłuż linii naszego wzroku, co według nich może sugerować asymetryczną eksplozję. Pogodzenie tego z gwiazdą, która ledwo się poruszyła w bok, jest częścią niedokończonej pracy. Nawet powiązanie z historyczną supernową opiera się na wieku, położeniu i jasności, które pasują, a nie na bezpośrednim sygnale.

Od gwiazdy gościnnej do Pa 30

Według NOIRLab, osiem oddzielnych tekstów odnotowuje to wydarzenie. Obserwatorzy po raz pierwszy zauważyli nową gwiazdę między 4 a 6 sierpnia 1181 roku, a pozostawała widoczna w Kasjopei przez 185 dni. Przez dziesięciolecia astronomowie wiązali ją z pozostałością zwaną 3C 58, ale szacowany wiek tego obiektu nigdy nie pasował komfortowo.

Samo Pa 30 pojawiło się dopiero w 2013 roku, kiedy astronom amator Dana Patchick dostrzegł je w danych w podczerwieni z NASA Wide-field Infrared Survey Explorer podczas poszukiwań mgławic planetarnych w ramach nauki obywatelskiej. Była to 30. mgławica, którą znalazł. W 2021 roku zespół pod kierownictwem Andreasa Rittera zmierzył falę uderzeniową poruszającą się z prędkością około 1100 kilometrów na sekundę i wiek ekspansji wynoszący mniej więcej 1000 lat, z pozycją na niebie w odległości 3,5 stopnia od chińskich i japońskich raportów. W 2024 roku Cunningham i Caiazzo użyli Keck Cosmic Web Imager, aby pokazać, że szczątki unoszą się na zewnątrz prawie swobodnie, co nazwali mocnym potwierdzeniem, że mgławica pochodzi z wydarzenia z 1181 roku.

„Wiarygodne historyczne zapisy eksplozji gwiazd sięgają zaledwie około tysiąca lat wstecz. O ile wiemy, w naszej własnej galaktyce mogą czaić się podobne pozostałości” – powiedział Cunningham.

Najczęstsze pytania dotyczące Pa 30 i supernowej z 1181 roku

Czym jest Pa 30?

Pa 30 to mgławica w gwiazdozbiorze Kasjopei, oddalona o około 7 500 lat świetlnych, złożona z promienistych filamentów gazu wokół bardzo gorącej ocalałej gwiazdy. Jest to prawdopodobna pozostałość po supernowej, którą chińskie, japońskie i arabskie źródła odnotowały w 1181 roku.

Czy można dziś zobaczyć supernową z 1181 roku?

Nie gołym okiem. Eksplozja wygasła po około sześciu miesiącach, a jej pozostałość Pa 30 jest na tyle słaba, że została zidentyfikowana dopiero w 2013 roku w danych z przeglądu w podczerwieni. Jego filamenty są widoczne tylko na głębokich zdjęciach z dużych teleskopów, takich jak Gemini North.

Czym jest supernowa typu Iax?

Jest to słabsza, niekompletna wersja eksplozji termojądrowych, które niszczą białe karły. Zamiast całkowicie rozsadzić gwiazdę, pozostawia uszkodzonego ocalałego, często nazywanego zombie star. Pa 30 to jedyna znana pozostałość tego typu w Drodze Mlecznej.

Jak duże są węzły w Pa 30?

Artykuł szacuje typową średnicę węzła na około 10^16 centymetrów, czyli mniej więcej 100 miliardów kilometrów. Według zespołu, region naszego Układu Słonecznego zawierający planety zmieściłby się w każdym węźle około dziesięciokrotnie.

Co dalej

Zespół chce teraz modelować, jak powstały tak regularne łańcuchy węzłów. Planują również wykorzystać charakterystyczne cechy Pa 30 jako wzór do przeszukiwania Drogi Mlecznej i pobliskich galaktyk w poszukiwaniu podobnych pozostałości. „Astronomia wkroczyła w erę wielkich danych” – powiedział Cunningham. „Nasze odkrycia pomogą nam przesiać ogromne zbiory danych.” Badanie zostało opublikowane 6 października 2026 roku w The Astrophysical Journal.

Źródło: Cunningham i in., „Detection of Knots in the Type Iax Supernova Remnant Pa 30”, The Astrophysical Journal, 2026. DOI: 10.3847/1538-4357/ae9cb2

Tagi: astronomia, biały karzeł, Gemini North, NOIRLab, Pa 30, SN 1181