星流低语 ——2021年10月25公众超新星搜寻项目发现一颗河外新星

 
作者|赵经远
审核|张宓
编辑|张宓

 

北京时间2021年10月25日晚23时许（除特别说明外，本文所有时间均为北京时间）在公众超新星搜寻项目（PSP）放出的图像中，项目参与者唐磊明在半米望远镜（HMT）拍摄的M31 A1.fts8图像里发现并提交一颗候选体。0时许，管理员李言蹊在初步查验后将其判断为可疑，随后经多位管理员共同查验，排除了已知目标、小行星等可能，在各巡天数据中也找不到对应的前身星，并测得其亮度16.1星等（无滤镜）。

发现图像

 

高兴老师立即安排宁波市教育局—新疆天文台望远镜（NEXT）进行补拍。在等待补拍图像的同时，管理员张宓已将该候选体上报至天文电报中央局暂现天体证认页（CBAT TOCP）“占坑”，该候选体获得编号PNV J00473256+3938102。紧接着NEXT的补拍图像也出来了，其中该候选体清晰可见。随后该候选体被张宓上报到暂现源名称服务网（TNS），被编号为AT 2021aceg，内部编号为PSP21ac。

NEXT补拍图像

 

编号：PNV J00473256+3938102（= AT 2021aceg= PSP21ac）
发现者：唐磊明、李言蹊、周文杰、徐建林、丁乙、阮建高、赵经远、孙国佑、张宓、高兴
发现时间：2021年10月25日21时40分41.088秒
发现亮度：16.1星等（无滤镜）
CBAT TOCP：http://www.cbat.eps.harvard.edu/unconf/followups/J00473256+3938102.html
TNS： https://www.wis-tns.org/object/2021aceg

CBAT TOCP页面

 

随后，管理员孙国佑在10月25日早上HMT拍摄的图像中也找到了该候选体，亮度18星等（无滤镜），更早的图像中则看不到该候选体，这说明它可能刚爆发不久，正在增亮。这一条数据也由张宓上报到TNS。

25日早上HMT拍摄的图像

 

该候选体非常有趣，因为它与M31星系的角距离有些远。经管理员赵经远计算，AT 2021aceg与M31的角距离约为1.8度，使用Aladin和stellarium测量，AT 2021aceg位于M31东南方向，分别测得距离M31星系核心1.857度（Aladin测量）、1度51角分15角秒（stellarium测量），也和计算值吻合的很好。

对AT 2021aceg与M31核心进行角距离测量（上Aladin，下Stellarium）

 

因为该候选体距离M31略远，它的性质也变得扑朔迷离：如果它是M31中的新星，距离M31略远；如果是银河系内的新星，亮度又稍暗。如此看来，似乎矮新星可能性较大，本月稍早，日本业余天文学家板垣公一就发现了一颗位于M31东南方向边缘的候选体AT 2021aaxp，距离星系核心22角分，但最后光谱证认它是一颗银河系内的矮新星，近者尚且如此，何况远者乎？

猜测终归猜测，分类还是需要依靠光谱。上报后张宓便联系了芬兰图尔库大学的Steven Wiliams博士，Steven博士表示将在接下来两晚（当地时间）使用北欧光学望远镜对该候选体进行光谱观测。但是在一星期前的邮件中，Steven博士曾说最近拉帕尔马岛火山爆发，观测可能会受到影响。

拉帕尔马岛火山爆发的热搜

 

后来大家又查了天气预报，发现接下来一段时间拉帕尔马岛阴雨连绵。两三天过去了，Steven博士仍然没有回复，也没有发布天文学家电报（ATel）或将光谱及分类上报到TNS。大家猜测要么天气不好，要么受火山影响无法观测。

于是管理员阮建高联系了日本京都大学的天文学家矶贝桂介，矶贝桂介表示由于种种原因无法对该候选体进行观测。

眼看该候选体慢慢变暗，光谱无望。所谓“山重水复疑无路，柳暗花明又一村”，事情迎来了转机。29日晚，Steven博士回了封邮件说他们已经在周三晚上（当地时间）获取了该候选体的光谱，之所以没回邮件是因为周四（当地时间）主要在睡觉；他打算让学生处理数据，因此发布ATel或上报光谱到TNS会稍晚一些，但从预览图像中他判断该候选体必定是一颗新星。由于与M31的角距离略远，这颗新星非常有趣，Steven博士认为该新星可能位于M31的巨型星流（Giant Stellar Stream，GSS；或Giant Stream，关于GSS的介绍请往后看）。

还没等Steven博士和他的学生处理完数据，意大利超新星搜寻项目的业余天文学家Claudio Balcon便已于10月30日凌晨5时许获取了该候选体的光谱，并在7时许将他的光谱及分类上报到TNS，证认该候选体是一颗新星。他在附注中写道：“I obtained the low-resolution spectrum R~100 using the FOSC-ES32 spectrograph attached to a 0.2m telescope, in the course of Italian Supernovae Search Project（在意大利超新星搜寻项目中，我使用安装在0.2米望远镜上的FOSC-ES32光谱仪获得了R〜100的低分辨率光谱）”、“The spectrum resembles that of a Fell Nova.（该光谱与Fe II型新星相似）”。

TNS页面

 

到这里，AT 2021aceg的身份之谜已有了答案——它确实是一颗新星，可能属于Fe II型。但Claudio Balcon没有提到M31的巨型星流，截止本文完成，Steven博士等人尚未发布Atel或上报光谱到TNS，因此一些细节我们不得而知，不过这并不妨碍我们先来认识下M31的巨型星流。

巨型星流是M31的一个独特结构，2001年由Rodrigo A. Ibata等人在艾萨克·牛顿望远镜（Issac Newdon Telascope）的数据中发现，它覆盖了M31东南方向的大片天区，延伸到沿视线方向比 M31 远30多万光年的地方。由于该星流与M31的两个伴星系M32、M110在天球上的投影连线几乎在同一条直线上，再加上它与这两个伴星系的金属度分布大致相同，早期认为它可能是M32和M110受M31引力影响形成的，但目前的看法是它是一个被M31撕裂并吞没的伴星系所留下的残骸。星流对于星系的研究有着非常大的意义，也有助于解答暗物质的部分谜题。

M31巨型星流（图片来源于Annette M. N. Ferguson、A. D. Mackey）

 

历史上也曾在星流中发现新星，但仅有两颗。2016年7月14日，全天自动超新星巡天（ASAS-SN）在M31东南方向发现了AT 2016dah，距离M31核心1度10角分，这是一颗Fe IIb型甚快新星，这种类型的新星光谱中除去氢线外，最强的谱线是Fe II线，b表示谱线较宽，“甚快”意味着从亮度峰值变暗2等需要的时间小于10天；一年后的2017年8月7日，小行星地面撞击预警系统（ATLAS）在M31东南方向发现了AT 2017fyp，距离M31核心1度31角分，这是一颗混合型快新星，这种类型的新星光谱中除去氢线外，最强的谱线从Fe II线慢慢演变为H/N线，“快”意味着从峰值亮度变暗2等需要的时间在11～25天之间。这两种类型的新星在M31中很少见。2020年M. J. Darnley等人在一篇论文对这两颗新星进行了详细研究，证明它们都位于M31巨型星流中，是第一批在星流中发现的新星。

图片来源于M. J. Darnley等人，（空心圆点为笔者添加）

图片说明：

红色×：经过光谱证认的135颗Fe II型新星的位置

蓝色+：经过光谱证认的38颗He/N型和混合型新星的位置

空心圆点：AT 2021aceg的大致位置

两个白点：AT 2016dah（上）和AT 2017fyp（下）的位置

灰色实线：巨型星流恒星密度峰值的大致位置

较粗的灰色虚线：巨型星流内大部分恒星所在的区域

较细的灰色虚线：巨型星流内恒星密度较低的区域

 

AT 2021aceg与M31的角距离比上述两者更远，这说明M31的范围真的非常大。如果它也被证明位于巨型星流中，那么它就是世界上发现的第三颗位于星流中的新星、世界上第一颗由业余天文台发现的位于星流中的新星。抛开这些不说， AT 2021aceg的发现应当也有助于我们认识了解星流、认识星系和暗物质，具有非常大的科研意义，让我们期待对它的后续研究。

这是半米望远镜自2021年6月7日加入公众超新星搜寻项目以来第3个获得证认的发现。公众超新星搜寻项目自2015年7月28日上线至今，已累计发现60颗候选体，其中19颗超新星、12颗河外新星获得证认。祝贺各位发现者！特别感谢Steven Wiliams博士、Claudio Balcon等人多次获取光谱、证认星明天文台发现暂现源的性质！