天文學家每年在其他星系中看到數百顆超新星爆發,但從如此遙遠的距離來看,這些恆星爆炸看起來只像明亮的點。因此,研究人員非常珍視過去觀測者在銀河系中目睹的少數超新星,在那裡,望遠鏡可以仔細觀察殘骸。自公元1000年以來,天文觀測者已經看到我們星系的五顆恆星在燦爛的爆炸中死亡。現在,對其中最神秘的一顆恆星的新距離測定正在為揭示其本質提供新的見解。
所有五顆恆星都在數千光年之外爆炸,因此它們的光花了數千年才到達我們這裡。但是,只有當它們的光線照射到地球時,觀測者才能識別天體事件,因此天文學家通常說它們發生在同一年。公元1000年後的五顆超新星中有四顆是著名的:1006年在南部天空發生的爆炸是有記錄以來最亮的;1054年在金牛座發生的超新星孕育了著名的蟹狀星雲;1572年和1604年的超新星則以兩位文藝復興時期的天文學家第谷(布拉赫)和(約翰內斯)開普勒的名字命名。
還剩下一個令人費解的爆炸,是中國和日本的觀測者在1181年記錄下來的。“事件確實發生了,我們知道它發生了——我們從幾個獨立的來源知道——而且描述非常相似,”不列顛哥倫比亞省自治領射電天體物理天文臺的天文學家羅蘭·科特斯說。“[爆炸的]持續時間對於新星來說太長了。”
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從1181年8月開始,一顆“客星”在北部天空呈W形的仙后座中憑空出現。即使在其最亮的時候,這顆新來者也比第二個千年中的其他四顆明亮的超新星黯淡得多,後者的光芒超過了每顆夜間恆星。這顆客星僅僅與夜空中第五亮的恆星織女星相當。六個月後,它消失了。
在天文學家找到爆炸的殘餘物之前,沒有人能說出是什麼型別的恆星爆炸了。是一顆巨大的恆星,像蟹狀星雲的祖先一樣,還是一顆微小的白矮星,像1006年、1572年和1604年的恆星一樣?四十年前,天文學史學家F.理查德·斯蒂芬森提供了一條關鍵線索,當他將1181年的爆炸與3C 58聯絡起來時,3C 58是仙后座中發射無線電波的星雲。後來的X射線觀測顯示,該星雲蘊藏著一顆脈衝星,這是一顆爆炸的巨星快速旋轉的坍縮核心。
早期的估計將該星雲置於距離地球27,000光年的地方;後來的研究將這個距離縮短到10,000光年。但即使是這個數字也太大了,以至於促使天文學家質疑1181年超新星和3C 58之間的聯絡。現在科特斯重新測量了3C 58的距離,發現該星雲距離地球僅6,500光年,他說這再次證實了與超新星的聯絡。
為了測量3C 58的距離,天文學家利用銀河系的自轉,測量星雲前方氫雲的速度,以推斷它圍繞銀河系中心旋轉的速度。通過了解銀河系的旋轉方式,天文學家可以推匯出星雲到地球的距離。但科特斯說,該星雲位於銀河系的英仙臂中,即我們向外的下一個旋臂,這會將氫雲推向銀河系中心,從而改變它們的速度。透過校正這種擾動,他發現星雲的距離要近得多。
新的距離改變了天文學家推斷出的星雲的性質。由於3C 58更近,因此它產生的同步加速輻射(電子在磁場線周圍旋轉時發射的輻射)必須比以前認為的要少。這種輻射的最終能量來源是星雲的脈衝星。天文學家使用脈衝星的年齡和自旋來計算它向星雲注入了多少能量。
科特斯說,如果以前的距離之一是正確的,“產生同步加速星雲所需的最小能量高於脈衝星自誕生以來釋放的能量。” 相反,新的距離意味著星雲發出的能量不超過脈衝星可以提供的能量。正如他在即將發表在《天文學與天體物理學》上的著作中報告的那樣,他確信3C 58標誌著1181年爆炸的地點。
如果3C 58像科特斯認為的那樣近,那麼1181年的爆炸比天文學家認為的還要弱。按照他提出的距離,1181年的爆炸亮度大約是大麥哲倫星雲(一個附近的星系)中1987年超新星亮度的五分之一,後者的發光量也低於正常水平。科特斯認為這兩次爆炸是相似的。他估計3C 58的祖星最初是一顆光譜型別為O的藍色恆星,質量是太陽的20到30倍。
當然,如果星雲沒有標記爆炸地點,那麼關於祖星的所有猜測都落空了。謎團解開了嗎?
達特茅斯學院天文學家羅伯特·費森說,沒那麼快。他認為3C 58可能已經存在數千年了——這意味著它不是在僅僅832年前的爆炸中產生的。費森說,問題在於星雲很大且膨脹緩慢,這表明它已經膨脹了很長時間。但是,與1181年超新星的聯絡意味著3C 58比1054年誕生的蟹狀星雲還要年輕,儘管它比蟹狀星雲更大,並且膨脹速度只有蟹狀星雲的一半。科特斯反駁說,3C 58的膨脹在最近幾個世紀可能已經大大減慢,但費森對此表示懷疑。
3C 58真的是1181年超新星的遺蹟嗎?“我不知道,”費森說。“它在正確的位置。那個區域沒有其他東西。我們已經找過了。如果不是3C 58,那麼1181年人們到底看到了什麼?” 然而,星雲似乎太老了,他說。“這個問題困擾了我很多很多年,”費森說。“這是一個謎。”
