北冕座T：跨越世纪的再发新星之谜

作者|周已皓

审核|黄坚、赵经远、邹乾一

编辑|杜飞

　　壮丽的宇宙间分布着丰富多彩的恒星系统，其中有一种密近双星系统，它们由一颗白矮星和一颗普通恒星组成，会产生剧烈的爆炸现象，使白矮星的亮度大幅增加，之后缓慢变暗，几个月到几十年后恢复到先前的亮度，这便是新星。新星大致上可分为两大类：只观测到一次爆发的经典新星（Classical Nova），以及至少观测到两次爆发的再发新星（Recurrent Nova，RN）。

新星系统艺术图（图片来源于NASA）

　　目前的研究发现，部分再发新星系统中的白矮星有质量逐渐增大的现象，这意味着它们总有一天会达到钱德拉塞卡极限，踏上成为Ia型超新星（对于碳氧白矮星）或吸积致坍缩型超新星（对于氧氖镁白矮星）的道路。由此可见，再发新星系统对于研究恒星及双星系统的演化至关重要，但是它们的数量十分稀少，银河系内已知仅有10颗，北冕座T（T Coronae Borealis，T CrB）就是其中之一。

北冕座T在夜空中的位置，图中方向上北下南左东右西（图片来源于Stellarium）

　　北冕座T的爆发机制与它的双星系统组成密切相关。该系统由一个1.37倍太阳质量的白矮星和一个1.12倍太阳质量的红巨星组成，轨道周期227.6天。白矮星通过其强大的引力吸积红巨星伴星的物质（主要是氢），这些物质堆积在白矮星表面，并被白矮星的引力压缩，它们的温度因此升高，一旦达到费米温度（约为7×10^7K），就会迅速在白矮星表面触发剧烈的核聚变反应，释放大量能量，使白矮星迅速增亮，产生新星爆发。随后，北冕座T的双星系统会逐渐恢复到爆发前的状态，直到约78年后发生另一次爆发。

左：北冕座T爆发前；右：北冕座T爆发后（模拟图）（图片来源于参考文献7）

　　北冕座T距离我们约2600光年，是距离我们最近的再发新星，它没有爆发时的亮度大约为10星等，这在所有再发新星中是最亮的。2023年之前，人们只知道北冕座T发生过两次爆发，分别发生于1866年5月12日[爱尔兰天文学家约翰·伯明翰（John Birmingham）、德国天文学家约翰·施密特（Johann Schmidt）、M. 沃尔特（M. Walter）分别独立发现]和1946年2月9日[前苏联天文爱好者A. S. 卡门楚克（A. S. Kamenchuk）、英国天文爱好者迈克尔·伍德曼（Michael Woodman，当时他是一名15岁的中学生）、英国天文爱好者诺曼·奈特（Norman Knight）、美国天文学家阿尔明·多伊奇（Armin Deutsch）分别独立发现]。在这两次爆发中，北冕座T增亮了一千多倍，最大亮度达到了2星等左右（这在再发新星中也是最亮的），使其成为夜空中肉眼可见的天体。在1866年北冕座T爆发期间，世界各地的观测者获得了较为丰富的观测数据，这在新星观测史上是首次，英国天文学家威廉·哈金斯（William Huggins）与化学家威廉·米勒（William Miller）更是率先获得了北冕座T的光谱，这是人类首次对新星进行光谱观测。

1946年北冕座T爆发历史影像，中心圆圈内的亮星便是北冕座T。哈佛天文台摄于1946年2月12日，即北冕座T爆发3天后，此时它已变暗至4.3星等（图片来源于Star Glass）

　　2023年，美国天文学家布拉德利·谢弗（Bradley Schaefer）在历史文献中找到了北冕座T另两次爆发的记载，分别发生在1217年10月和1787年12月，这使得北冕座T有记载的爆发达到了4次。

　　自1920年起，美国天文爱好者莱斯利·佩尔蒂埃（Leslie Peltier）对北冕座T进行了频繁观测，希望能发现它的再次爆发。1935，他注意到北冕座T略微增亮，随后进入了一个长达10年的平台期；1945年，他又观测到北冕座T的变暗现象。在那个年代，人们对再发新星所知甚少，但佩尔蒂埃却做出了大胆预测：从1945年开始，北冕座T持续变暗，这表明它即将再次爆发。果不其然，1946年2月9日，北冕座T时隔80年再次爆发，但佩尔蒂埃却高兴不起来，因为他在那天凌晨被闹钟叫醒后，发现自己可能有感冒的症状，于是回到床上休息，没有像往常那样对北冕座T进行观测，从而错失了发现。佩尔蒂埃在《星光之夜：观星者的冒险之旅》（Starlight Nights: The Adventures of a Star-Gazer）一书中叙述了这次经历，并懊悔地写道：“我应该为自己的失职负责，但我仍觉得北冕座T应该对我多一些体谅。我们是多年的朋友；无数个夜晚，我在它熟睡时守护着它……我现在仍在观测它，但是用警惕的目光。我们之间不再有温暖。”

1946年爆发前后的光变曲线（图片来源于wikipedia）

　　爆发前变暗似乎是北冕座T特有的现象。根据最近10年的观测数据，北冕座T在2015年再次略微增亮，之后进入了平台期；2023年3月～4月，北冕座T如期变暗，这是否意味着它很快就要再次爆发呢？天文学家预测，假设每次爆发前后的光变情况相似，那么北冕座T有68%的概率在2024年2月～9月之间爆发，95%的概率在2023年12月～2024年12月之间爆发。

　　下图展示了北冕座T的历史光变曲线，时间范围1842年6月10日～2024年3月30日，两次大幅度增亮分别对应于1866年和1946年的爆发。可以看出，近期的光变曲线正在从平台期快速变暗，这与1946年爆发前非常相似，因此前面作出的预测不无道理。

北冕座T的光变曲线。纵坐标为星等，横坐标为儒略日；红色代表V波段极限星等，绿色代表V波段星等，蓝色代表B波段星等（数据来源于参考文献10、AAVSO）

　　如果即将到来的爆发与先前的爆发遵循相似的亮度变化规律，那么我们也可以作出以下预测：爆发后，北冕座T将在一天内（也可能几个小时内）达到峰值亮度，约2星等，成为自天鹅座V1500之后最亮的新星（天鹅座V1500在1975年爆发，最大亮度约1.9星等）；随后北冕座T开始变暗，保持肉眼可见亮度（亮于6.5星等）约一星期；爆发1个月后，北冕座T将恢复到爆发前的亮度，约10等；爆发3个月后，北冕座T将会再次增亮，亮度会达到8星等，随后缓慢变暗，这个过程持续4个月；此后，北冕座T将保持在平台期，直到8年后回落到正常亮度。这也是1866年和1946年爆发的大致情形，可见北冕座T的亮度变化非常复杂，这些独特的现象是什么原因造成的呢？它们和爆发又有何关系？天文学家对此莫衷一是，专注于新星研究的谢弗教授评论道：“五位理论家会给出五种截然不同的解释。”

1866年与1946年爆发前后的光变曲线非常相似（图片来源于参考文献10）

　　对于新星而言，北冕座T是比较明亮的（无论是爆发前还是爆发后），因此非常适合天文爱好者监测。作为我国首个从事巡天发现的业余天文台，星明天文台从2023年夏季就已经开始对北冕座T进行光谱观测，后来又开始了多波段测光观测，希望描绘出北冕座T爆发前后的完整图景。各位同好在最近几个月也可以经常关注北冕座T的位置，观测方式可以多种多样：光谱观测、手机/相机拍摄、望远镜目视/拍摄，甚至裸眼观测也是可以的，如果看到北冕座T迅速增亮，欢迎联系XOSS星明天文台巡天群任意管理员，我们可以协助验证真实性并向国际通报，QQ群号：73444198。

　　在监测的同时也要注意，北冕座T历次爆发前的观测数据是比较少的，而且天文学家尚不清楚它爆发前后的复杂光变是如何产生的，此外北冕座T系统中白矮星的组成成分也是一个谜题，这些不确定性使得预测爆发时间的置信度并不算高。

　　幸运的是，随着科学技术的进步，人类现在已可以进行多波段、多信使观测，使我们能够更深入地理解北冕座T的性质，这些谜题有望在即将到来的这次爆发中得到解答。