中国天文爱好者为约束SN 2023ixf爆发时间提供重要数据

作者|赵经远、周文杰

审核|孙国佑、张宓

编辑|杜飞

除特别说明外，本文所有时间均为北京时间

　　05月20日凌晨01时27分许，日本天文爱好者板垣公一在M101星系附近发现一颗超新星候选体，此时的亮度为14.9星等。5个小时后，位于西班牙拉帕尔马岛的利物浦望远镜对该目标进行了光谱观测，确认这是一颗II型超新星，处于爆发后非常早期的阶段（目前印度天体物理研究所已将其重新分类为IIn型超新星）。

板垣公一发现图像（图像中的时间是世界时）

图像来源：板垣公一

　　这颗超新星被编号为SN 2023ixf，是自1909年有记录以来在M101中发现的第5颗超新星，距离地球不到2100万光年，因此也是过去几十年来距离最近的核坍缩型超新星之一。专业研究人员已请求许多大型设施进行密集的多波段后随观测，期望为大质量恒星演化末期和超新星爆发极早期的相关研究收集丰富的数据，这意味着SN 2023ixf将成为有史以来研究最深入的超新星之一。

爆发一周内SN 2023ixf的光谱演变

图像来源：AstroNote 2023-145

　　星明天文台是我国第一个开展巡天的业余天文台，致力于各类天体的发现与观测（更多介绍见http://xjltp.china-vo.org/xmjs.html ）。M101是星明天文台日常观测清单里的目标，台内宁波市教育局-新疆天文台望远镜（NEXT）几乎每个晴夜都会对其进行观测。18日凌晨，高兴老师例行对M101进行了观测——此时距离SN 2023ixf爆发仅约24小时左右。然而天公不作美，18日晚和19日晚天气不佳，不良的观测条件让我们与发现失之交臂。

　　虽然没能发现这一具有重大科学价值的超新星，但我们很快意识到我们并非“什么都不能做”：M101是许多天文爱好者经常拍摄的目标，如果能将全国的天文爱好者团结起来，从中收集到爆发早期的数据，汇总起来并进行分析，得到的结果也将具有极大的科学价值，不亚于发现本身。

　　对于科学研究来说，刚爆发的超新星最具有价值，是解开超新星爆发机制谜团的重要环节。此时恒星内部及周围的物理环境经历剧变，仿佛一个天然的高能实验室，恒星坍缩产生的强烈冲击波和电磁辐射可以提供许多重要秘密，天文学家能从中观察到很多现象，这些现象无法在地球上模拟。但人类无法预测哪个星系将在何时爆发超新星，因此获得接近爆发瞬间的数据概率极低。关键数据的缺失让人们至今对该阶段的了解非常少，所以这种刚刚爆发的超新星数据弥足珍贵，为深入研究打开了一扇窗。

　　正是在这一想法的推动下，星明天文台核心成员张宓、高兴、孙国佑、赵经远、周文杰等人迅速响应起来，并在张藏允、张家硕等同好的帮助下，很快就征集到了毛益明、蔡光耀、陈季楠、陈瑾、李柯颖、吕晓冬、徐士军、郑欣等同好在18日晚到20日凌晨拍摄的宝贵数据，大部分数据是在板垣公一发现之前获得的。

　　在收集到大家的数据后，我们进行了初步测光。在此期间，出现了一个有意思的小插曲。21日下午02时许，加州大学伯克利分校张可名博士等人发布了2023年第125号天文简报（AstroNote 2023-125），报告在天文爱好者Bronco Oostermeyer拍摄的图像上（最早的一张拍摄于19日凌晨05时24分），已可以看到SN 2023ixf，将爆发时间的下限提前了许多。

　　但我们对此却非常困惑，因为毛益明同好最后几张图的拍摄时间，与Bronco Oostermeyer第一张图的拍摄时间差不多，而此前我们在毛益明同好的叠加图像上并未看到SN 2023ixf。稍加思索后，赵经远和孙国佑先后认为，可能前面大部分图像没有拍到SN 2023ixf，只有最后一小部分拍到了它，而且其亮度接近极限。此前我们叠加的张数太多，使得最重要的爆发信息在“叠加取平均”的操作过程中，被过多未爆发信息淹没了。随后赵经远重新叠加了毛益明同好的图像，张宓进行了测量。稍晚，周文杰尝试了其他叠加方式，协助确认了最终采用的叠加策略。

　　如预料的那样，在19日凌晨03时32分前后几张图的叠加图像上（以及更早的图像上），还不能看到SN 2023ixf，极限约17.8星等；在04时29分前后几张图的叠加图像上，SN 2023ixf隐约可见；在05时13分前后几张图的叠加图像上，SN 2023ixf已经非常明显了。根据这些数据，在我们的极限星等下，可以将爆发时间初步限制在2023年05月19日03时30分至04时30分左右。这意味着，我们捕捉到了SN 2023ixf从无到有的过程，接近爆发瞬间，这是非常有价值的数据！

　　最终，我们在加州理工学院秦雨静博士、马里兰大学叶泉志博士等天文学家的指导下，对测光结果进行了汇总，撰写了报告。5月22日下午，张宓向暂现源名称服务网（TNS）提交了AstroNote 2023-130，全文翻译如下（翻译：赵经远）。

AstroNote 2023-130原文。图像来源：TNS

　　截至5月28日20时，已有多达24篇与SN 2023ixf相关的天文简报，此外还有14篇天文学家电报（ATel），数量之多也反映了这一目标的重要性。天文学家已从斯皮策空间望远镜和哈勃空间望远镜等设施的历史数据中，找到了前身星候选体，如果待SN 2023ixf暗下去之后，该候选体消失不见，那么就可以确定两者之间的联系。

　　在这次特殊的事件中，世界各地的天文爱好者联合起来，提供了非常有价值的极早期数据。在我们发布AstroNote 2023-130之后，魏茨曼科学研究所Ofer Yaron博士等人也发布了一篇天文简报（AstroNote 2023-133），总结了先前积累的数据，重点凸显了天文爱好者在这次事件中所作的贡献：“这一特殊事件发生在如此邻近并经常被拍摄的星系旋臂上，来自世界各地的天文爱好者获得的图像，很可能覆盖整个增亮时段。这使我们可以得到非常准确的爆炸时间估计值（通过直接成像，而不是从光变曲线外推），并获得增亮阶段光变曲线的良好表征。”

AstroNote 2023-133中所附的光变曲线

标记为XOSS的就是我们的数据

图像来源：AstroNote 2023-133

　　我们也很高兴中国天文爱好者没有缺席这场盛宴，并且提供了最为重要的数据，使得爆发时间被初步锁定在一小时内，到目前为止，没有其他个人或机构比我们限制得更精确。据说，天文学家正在根据我们限制的时间寻找可能的中微子和引力波。Ofer Yaron博士等人在AstroNote 2023-133中也特别引用了我们的报告：“一篇天文简报总结了东亚经度的观测结果，并将估计的爆炸时间（直到最后一次未检测的深度和精度）精确到1小时内——世界时05月18日 约19时30分～20时30分（AstroNote 2023-130）。”

      在我们的天文简报发布一星期后，来自俄罗斯的Vasilii Chufarin等人发布了AstroNote 2023-150。虽然他们将首次检测到超新星的时间进一步提前至19日凌晨3时35分，亮度约18.8星等，但他们提供的爆发时间上限（18日凌晨7时23分，超新星暗于19星等），仍没有我们约束地精确（郑欣同好在19日凌晨0时16分获得的图像，超新星暗于18.7星等；陈季楠同好在18日23时51分前后获得的图像，超新星暗于20.4星等）。事实上，目前已有许多与SN 2023ixf相关的研究论文引用了我们的天文简报，并将其中的数据作为爆炸时间的关键节点。

　　大家可能会有这样的错觉：天文学家使用的望远镜更大、性能更好，可以获得丰富的数据——所以在天文研究领域，天文爱好者似乎没有任何优势。但事实并非如此，大型专业仪器的数量和可用时间非常有限，有大批个人研究者或专业机构申请、竞争，观测目标和窗口多数是提前规划好的，因此除了专用于巡天的设备外，天文学家们通常很难对特定天体进行长期监测，对突发事件的响应能力也会受一定制约。而在这个问题上，天文爱好者具有极大的优势：他们遍布全球各个经纬度，“出摊”自由，观测点可谓又多又广又灵活。这让爱好者能够与天文学家协同进行互补的观测，为合适的目标提供非常丰富的高质量观测数据，两者合力可以形成对科学研究意义非凡的“完整数据”。在这个伟大故事中，每位天文爱好者的付出和贡献都是重要的注脚，它记录了一群又一群不同国别、不同身份的人，跨越了知识的壁垒，突破了地域和时间的束缚，克服了设备的限制，为推动科学进程尽自己的一份力量。我们很高兴能够看到，天文学家和天文爱好者之间的合作非常频繁，协同观测、图像识别、民众科学家问询等都是现下炙手可热的模式，基于业余观测数据的科学出版物更是不胜枚举。这种互动被称为专业-业余合作（Pro-Am），除了SN 2023ixf之外，还有一些例子，包括但不限于：山东大学威海天文台与星明天文台合作，获得了许多变星的完整光变曲线，已产出多篇高水平论文；国家天文台等单位与星明天文台合作，对一些突发高能事件的光学对应体进行搜寻与观测……我们都在同一片天穹下仰望着星空，企盼爱好者们和专业团队合作共赢，一些事情只有两者一起才能够完成。

　　非常感谢毛益明、蔡光耀、陈季楠、陈瑾、李柯颖、吕晓冬、徐士军、郑欣等同好无偿提供了宝贵的数据，特别祝贺毛益明同好意外捕捉到SN 2023ixf爆发的“第一缕光”。发布AstroNote 2023-130只是一个开始，对这些数据的进一步处理与研究正在进行中，期待不远的将来能从中发现更多秘密。

　　目前SN 2023ixf已达到亮度峰值，视星等稳定在11星等附近，是过去几十年来最亮的超新星之一，希望大家可以对其进行长期观测（最好是多波段观测），记录下变暗的过程和颜色的变化，这会非常有价值。我们也仍然欢迎大家继续向我们提供05月19日凌晨拍摄的M101数据，不管有没有拍摄到SN 2023ixf，都是非常有意义的，联系方式：赵经远（runwuyu20090722@foxmail.com）、周文杰（870312594@qq.com）。

参考资料

1、SN 2023ixf，Transient Name Server，https://www.wis-tns.org/object/2023ixf

2、PSN J14033858+5418421，CBAT TOCP，http://www.cbat.eps.harvard.edu/unconf/followups/J14033858+5418421.html

3、CBET 5265：PSN J14033858+5418421 = SUPERNOVA 2023ixf IN M101，CBAT，http://www.cbat.eps.harvard.edu/iau/cbet/005200/CBET005265.txt

4、AstroNote 2023-119：LT Classification of SN 2023ixf as a Type II Supernova in M101，Transient Name Server，https://www.wis-tns.org/astronotes/astronote/2023-119

5、AstroNote 2023-125：Pre-Discovery Images of SN 2023ixf taken at T-[9,18,33] hours，Transient Name Server，https://www.wis-tns.org/astronotes/astronote/2023-125

6、AstroNote 2023-130：Onset of SN 2023ixf observed over East Asian longitudes，Transient Name Server，https://www.wis-tns.org/astronotes/astronote/2023-130

7、Onset of SN 2023ixf observed over East Asian longitudes，星明天文台官网，http://xjltp.china-vo.org/sn2023ixf.html

8、AstroNote 2023-133：Amateur astronomer contribution to constraining the explosion time and rise of the Type II SN 2023ixf in M101，Transient Name Server，https://www.wis-tns.org/astronotes/astronote/2023-133

9、AstroNote 2023-145：NUTS2 spectroscopy of supernova 2023ixf. The first week of evolution，Transient Name Server，https://www.wis-tns.org/astronotes/astronote/2023-145