宇宙中的标准烛光——超新星“SN2013gt”发现记

文/孙霈源  2013年12月10日

“不知是从什么时候,我开始喜欢上了在没有色彩的星系图片中来搜索未知的星星,它们很精致,很漂亮,一直吸引着我。”

        为了发现这颗超新星,可谓是一波三折。从拍摄到发现,从发现到上报,我们遇到了从未遇到过的情况,解决了从未遇到过的问题,这是星明天文台首次以三人身份合作发现的超新星,也是我发现的第一颗超新星。

        11月15日晚,星明天文台天气晴好,各设备皆正常进行巡天拍摄。22时整,SASP(Supernova and Asteriod Search Program,系外超新星及主带小行星搜索计划)拍摄的图像突然出现异常,星点全部拉线,问题似乎是赤道仪意外死机。十分钟后,中国地震台网发布微博:22时00分在新疆维吾尔自治区巴音郭楞蒙古自治州博湖县和硕县交界处(北纬42.1度,东经86.9度)发生3.4级地震,震源深度8千米。从距离和震级判断,这好像只是一个巧合,但随后台长高兴在群内告知所有设备的赤道仪全部断电,今晚所有观测取消,很可能是地震导致的赤道仪总电源掉线,待明日上山进行修复。

        近期人品不佳,高兴老师反复奔波于山上山下,辛苦了。电源问题修复后,17日凌晨2时,天气依旧晴好,各设备继续投入工作,刚一开始,CCD又突然出现问题,初步查明是快门问题,通过各种实验,问题仍然不能解决,经过一个小时的狂拍,结果突然又好了。

        最近ISON和Lovejoy彗星表现抢眼,观测条件很好,又是周末,并且本周全国天气普遍晴好,所以台内几位同好都外出拍彗星去了,周日上午只有我自己在线,不慌不忙地检查SASP在凌晨拍摄的超新星搜索图片。

        17日上午9时,我正在检索06~08 50~70目录,图像质量很好,极限星等19等。当我检阅到星系PGC 20767时,突然在该星系下方的PGC 20784小星系中发现多出了一个亮点,通过调整曲线,从形态上基本可以判断该可疑点为真实的星点。凭记忆,近期该位置应该是没有已知的超新星的。随后,我使用Astrometrica对该目标进行了测量及测光,得到以下数值:2013 11 16.84411; 07 21 31.65 +55 45 32.1; 17.6 V,V波段测光17.6等,归算误差赤经赤纬都在0.25角秒左右。更新MPCORB后,发现该位置附近没有已知的小行星,查询APA亦是。然后,我登陆了TOCP及Latest Supernova,均没有查到已知的超新星,再登陆GCVS开始查询银河系变星,输入测量坐标,依然没有提示该附近有已知的变星。我想,也许要开张了,我立刻截图将我的发现发送进XOSS群内。

        我喊了许久,一直都没有人回复我,突然想起大家都上山拍彗星去了。我开始在FTP服务器上下载SASP系统以前拍摄的该星系图像,发现在11月14日晚拍摄的图像上也可以看出该可疑点。再往前,11月5日和7日晚也拍摄过该星系,但在那个位置上没有看到可疑点,甚至连一点痕迹都没有,图像质量都很好,我越来越有信心了!

        十分钟后,小龙哈勃(叶泉志)突然从群里冒了出来,他说DSS历史图上有一个位置对应的小点,这个小点我之前注意到了,但是亮度不符,SASP之前拍摄的图像上也根本看不出,并且也没有查到已知的变星,所以我就忽略了。我把坐标发给了他,让他再帮忙查一下变星,结果他在Vizier上查到了一个目标——NOMAD1-1457-0189550,这是一颗未确认的银河系变星,APM和UB1上都可以查到,但是GCVS却查不到,该变星的坐标与我测量的可疑的超新星坐标几乎一致,因为是未确认的变星,所以查不到光变周期和其它数据。由于是已知变星,我略过了该目标,继续检阅剩下的图像。

        随后的几天,我没再提起这个目标,SASP系统也没再拍摄到这个星系。

        11月22日,一场大雪突袭乌鲁木齐,导致星明天文台的平顶因30厘米的积雪无法打开,连主控计算机也无法启动,山路积雪严重不能开车上山进行维修。

        26日,在停工了4天后,高老师驱车上山修复了一系列问题,各设备均可以正常工作了,但结果FTP又不能正常登陆了,折腾了一晚都无法解决,最后决定将刚拍摄的图像实时上传到网盘中供我们下载,待我检阅完小行星图像后便睡下了。

        11月27日,是ISON彗星进入SOHO卫星C3视场的日子。上午9时,ISON进入了C3视场,我第一时间在SOHO网站上发布了公告通知ISON进入了C3,并且未发现任何碎片。上午的时间基本都是在忙ISON,下午还有别的事情,便没有时间再看SASP拍摄的超新星图像。

        27日下午,正在开会的时候,我看到金彰伟同好在群内报告称发现了一个未知的超新星目标,我要求他贴图看下,结果发现这正是我在17日上午发现的那个目标,我说小龙当时查到这是一颗已知的银河系变星,然后我就忽略了,貌似当天上午金也不在家,可能没有看到我在群里贴这个目标。随后,大家都出来开始参与讨论,王彬通过查询群聊天记录,证实了我在17日上午确实发现过该目标。金没有查到已知的变星和小行星,认为该目标是未知的超新星,此时孙国佑也出来帮忙,同样没有在该位置查到有已知的天体,并一致认为是未知的超新星,还建议三人一起上报。

        上报还是不报?要怎样报?这颗算谁的?这是摆在我们面前的两大问题,现在高兴和小龙都不在线,上报与否还是需要高兴亲自决定,孙国佑建议我联系高兴,为了方便表达,我给高老师打通了电话。

        我表述了事情的经过。高兴老师决定先确定该目标到底是不是已知的变星,这需要小龙晚上上线后进一步核实,考虑到我在17日就发现了该目标,因在该位置上查询到了已知的银河系变星,忽略掉可以理解,金在27日又再次发现了该目标,如果该目标排除是变星,上报时我排第一,金第二,高第三,同时建立一个新规定,若下次再出现此类情况时可应对,该决议晚上经大家同意后实施。

        星明巡天多年来,这样的情况还是第一次出现。晚上回到宿舍后,我对26日晚拍摄的该可疑超新星进行了更加精确的测量,结果与金测量的坐标完全一致,并发现与小龙查到的银河系变星NOMAD1-1457-0189550坐标在赤纬上存在3角秒的偏差,如果该目标真的是变星,那这个偏差在SASP设备上是不允许的,除非变星发生了自行。金又测量了DSS历史图上那个小点的位置,发现与变星在赤纬上仅有0.6角秒的偏差,我开始怀疑DSS图像上的那个小点很可能就是这个变星,新爆发的超新星可能恰巧重叠在了银河系变星上,并向高老师申请今晚继续补拍该目标。

        我在群里表述了我的意见,小龙认为可上报,高老师也同意上报。随后,高兴规定了该情况的上报准则,按照我第一,金第二,高第三的形式上报,并得到了大家的认同。

        高老师建议我来上报,我参考了金已经写好的报告进行补充,经过大家的帮助,我于27日晚23时首先将报告发送给了Daniel Green并抄送给CBAT(国际天文学联合会天文电报中心),并上报至TOCP,该目标被临时编号为“PSN J07213165+5545321”,最后又发送给了David Bishop,方便更新Latest Supernova。

        剩下的就是安静地等待,看运气的时候到了。

        11月29日,意大利人Gianluca Masi,Francesca Nocentini以及Patrick Schmeer使用17英寸“巨炮”对该目标进行了拍摄,并对其进行了测量及测光,测得R波段17.7等,坐标R.A. = 07h21m31s.58;Decl. = +55°45’32”.2。

        11月30日,高兴在群内通知星明天文台将停工一个月,原因是嫦娥三号任务将占用我台IP,这意味着这可能是星明天文台在今年的最后一个发现了。随后,我联系了山东大学威海天文台的任大勇,申请使用1米反射镜对该目标进行补拍,并做高精度的V波段测光及测量,得出坐标R.A. = 07h21m31s.64;Decl. = +55°45’32”.5,V波段17.2等。

        12月1日,意大利人Federica Luppi与Luca Buzzi使用Schiaparelli天文台的0.6米反射镜对该目标进行了测光及测量。

        12月2日,意大利人Massimiliano Martignoni使用Betelgeuse天文台的0.25米施卡对该目标进行了拍摄。

        随后的几天,却一直没有了消息,迟迟没有专业机构来辅助进行光谱拍摄,每天我都会多次登陆ATEL查看有没有新的公告,到底是超新星还是银河系变星,连做梦都在惦记着。

        直到12月7日,幸运女神眷顾了我们。

        午饭后,我仍然尝试着刷新这些网页,发现Latest Supernova突然将PSN J07213165+5545321的光谱类型从“unknown”改为了“Ia”,代表着这是一颗Ia型超新星,宇宙中的标准烛光!

        12月8日,国际天文学联合会天文电报中心(CBET)发表了第3737号公告,正式将该超新星编号为“SN2013gt”,公布了发现者的名字以及报告原文,公告中还提到了光谱确认机构,是由意大利Padova天文台于12月6日使用1.8米镜拍摄的。

超新星“SN2013gt”与超新星“SN1994D”的光谱对比

        至此,超新星“SN2013gt”的认证工作全部结束,我们幸运地发现了它。令我惊讶的是,本次超新星的测光测量及光谱拍摄工作均是由意大利科学家辅助完成的,体现出了国际合作在巡天搜索领域起到了至关重要的作用。

        科学总是要善于质疑,要有自己的观点,我的第一颗超新星应归功于金彰伟同好的付出,十分感谢。还要感谢星明天文台的各位成员以及其他帮助和支持我的人,才让我离目标又更近了一步。

       完。

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       名词解释:

       星明天文台:

       国内唯一一个从事业余巡天的私人天文台,由我国业余天文学家高兴筹建,该天文台位于新疆乌鲁木齐市南郊甘沟乡小峰梁,海拔2080米,观测地编号“C42”。

       SASP:

       Supernova and Asteroid Search Program,是星明天文台的系外超新星及主带小行星搜索计划,该项目是对河外星系进行拍摄巡天,也利用子夜时间对冲日点附近的黄道进行小行星搜索任务。

2012年4月底笔者于星明天文台2号观测室内与SASP(左黑)设备合影

       Ia型超新星:

       Ia超新星是变星的子分类中,由白矮星产生剧烈爆炸结果的激变变星。物理上,以低速率自转的白矮星,质量受限于大约是1.38太阳质量的钱德拉塞卡极限之下,这是电子简并压力所能支撑的质量上限,超过这个质量的白矮星就会坍缩。如果一颗白矮星能由伴星获得质量而逐渐增长,在它接近极限之际,它的核心温度应该达到碳融合所需要的温度。如果白矮星与另一颗恒星合并(非常罕见的事件),他将立刻因为超过极限而开始坍缩,因而再度提高温度至超越核聚变所需要的燃点。在核聚变开始的几秒钟之内,白矮星内极大比例的质量就会发生热失控的反应,释放出10^44焦耳以上的能量,成为一颗超新星。这种类型的超新星由于通过质量累积的机制,只有在达到一定的质量时才能爆发,因而导致最大光度的一致性。因为超新星的视星等随着距离而改变,稳定的最大光度使它们的爆发可以用来测量宿主星系的距离,所以被称为宇宙中的标准烛光。

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       Electronic Telegram No. 3737

       Central Bureau for Astronomical Telegrams
INTERNATIONAL ASTRONOMICAL UNION
CBAT Director: Daniel W. E. Green; Hoffman Lab 209; Harvard University;
20 Oxford St.; Cambridge, MA 02138; U.S.A.
e-mail: cbatiau@eps.harvard.edu (alternate cbat@iau.org)
URL http://www.cbat.eps.harvard.edu/index.html
Prepared using the Tamkin Foundation Computer Network

       SUPERNOVA 2013gt IN PGC 20784 = PSN J07213165+5545321

       Peiyuan Sun, Weifang, Shandong, China; Zhangwei Jin, Ningbo, Zhejiang,
       China; and Xing Gao, Urumqi, Xinjiang, China, report the discovery of an
       apparent supernova (mag approximately 17.6) on an unfiltered CCD 40-s survey
       image (limiting mag about 19.5) taken by Gao in the course of the Xingming Sky
       Survey (XSS) around Nov. 16.844 UT with a 0.36-m Celestron C14 telescope at
       Mt. Nanshan. The new object is approximately located at R.A. = 7h21m31s.66
       +/- 0s.02, Decl. = +55d45’32”.3 +/- 0″.2 (equinox 2000.0), which is about 3″.6
       west and 7″.5 north of the center of PGC 20784. Nothing is visible at this
       position on a red Digitized Sky Survey plate taken on 1989 Dec. 5 (limiting
       mag about 19.8). The discovery images have been posted at the following
       website URL: http://www.xjltp.com/XOSS/XM01PS/XM01PS.htm. The variable was
       designated PSN J07213165+5545321 when it was posted at the Central Bureau’s
       TOCP webpage and is here designated SN 2013gt based on the spectroscopic
       confirmation reported below. Additional CCD magnitudes for 2013gt: 2013 Nov.
       5, [19.0 (XSS); 7, [19.2 (XSS); 26.957, 17.1 (XSS); 29.897, 17.7 (G. Masi, F.
       Nocentini, and P. Schmeer; remotely using a 43-cm telescope near Ceccano,
       Italy; position end figures 31s.58, 32″.2); Dec. 1.056, 17.2 (F. Luppi and L.
       Buzzi, Varese, Italy; position end figures 31s.65, 31″.8; image posted at URL
       http://www.astrogeo.va.it/pub/TOCP/PSN_P20784.jpg); 2.995, 17.4 (Massimiliano
       Martignoni, Magnago, Italy; 0.25-m Schmidt-Cassegrain reflector; position end
       figures 31s.69, 32″.0; PPMXL reference stars).

       L. Tartaglia, P. Ochner, S. Benetti, L. Tomasella, E. Cappellaro, N.
       Elias-Rosa, A. Pastorello, and M. Turatto, Istituto Nazionale di Astrofisica,
       Osservatorio Astronomico di Padova, report that optical spectroscopy (range
       340-820 nm; resolution 1.3 nm), obtained on Dec. 6.01 UT with the Asiago
       1.82-m Copernico Telescope (+ AFOSC), shows that PSN J07213165+5545321 = SN
       2013gt is a type-Ia supernova at a recessional velocity of 11430 km/s (Russell
       et al. 2000, MNRAS 313, 469; via NED). The best match was found with the
       type-Ia supernova 1994D (Patat et al. 1996, MNRAS 278, 111) about 13 days
       after maximum light. The expansion velocity, as deduced from the position of
       the Si II 635.5-nm absorption, is about 10300 km/s. The Asiago classification
       spectra are posted at website URL http://graspa.oapd.inaf.it. The
       classification was made via GELATO (Harutyunyan et al. 2008, A.Ap. 488, 383)
       and SNID (Blondin and Tonry 2007, Ap.J. 666, 1024).

       NOTE: These ‘Central Bureau Electronic Telegrams’ are sometimes
       superseded by text appearing later in the printed IAU Circulars.

       (C) Copyright 2013 CBAT
       2013 December 8 (CBET 3737) Daniel W. E. Green

       ————————————————————————————

       报告原文:http://www.xjltp.com/XOSS/XM01PS/XM01PS.htm

       TOCP:http://www.cbat.eps.harvard.edu/unconf/followups/J07213165+5545321.html

       CBET 3737:http://www.cbat.eps.harvard.edu/iau/cbet/003700/CBET003737.txt

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