如何发现一颗银河系新星

作者:孙国佑

 

此文已经在我硬盘里躺了三、四年,因为没写完,不是最终版,一直没有发表。借此机会,暂时放出来给大家做参考,有空在完善。

什么是新星?

 

新星是一种爆发变星,是由紧密双星系统中的白矮星吸积伴星物质,在其表面堆积了大量氢、氦等气体后,发生的剧烈核爆炸现象。新星爆发前通常都很暗,爆发时突然增亮,被误认为是新产生的恒星,因此而得名。新星爆发后亮度会在几天或几星期内上升至极大,然后在几个月到若干年期间内有起伏地下降到爆发前状态的天体,光变幅大都在7—16目视星等之间。一般的新星都有典型的光变和谱变。

理论上认为多数的新星都是再发新星。只要伴星能继续的供应氢在白矮星的表面吸积,一颗白矮星就能反复的爆发成为新星,例如蛇夫座 RS,就是一颗已经观测到过有过6次爆发记录的新星(分别在1893、1933、1958、1967、1985和2006年)。最后白矮星或是将燃料用尽,或是塌缩成为中子星,或是爆炸成为Ia超新星。新星不仅只有银河系中有发现,在其他星系中也发现了很多新星。仙女星系 (M31)中至今已发现有200多个新星。M81、M33、大麦哲伦星系(LMC)、小麦哲伦星系 (SMC)等不少星系中也发现过许多新星。据估计,银河系每年50颗(因为距离太过遥远和观测的偏差,实际发现数量约为每年10颗),M31每年29颗,有些星系每两年一颗。

 

需要什么设备?

 

就发现新星而言门槛其实很低,肉眼就可以发现,银河系曾出现过很多目视新星,大家比较熟悉的是1975年由日本人Kentaro Osada发现的天鹅座新星,其亮度一度达到了2等,肉眼可见。当时世界上有很多人独立发现,其中就有大家熟知的段元星老前辈。随着电子成像技术的普及,现在搜索新星就更容易了,一个单反加个赤道仪就可以有所作为。曾有日本爱好者,用家用单反,盲跟,仅曝光10s,就发现了一颗新星。新疆的星明天文台使用的也是单反+相机镜头+赤道仪的类似组合,并已经发现了一颗银河系新星和多颗独立新星发现,这种相对低端的设备相信国内爱好者中很多人都拥有,这说明很多人都有发现新星的条件。下为星明天文台NSP系统目前的设备。

 

 

GPD+SS2K+CANON 350D+300/2.8Lens(2011年至今)

 

如何发现?

 

现在我就以星明天文台NSP(Nova search program星明天文台银河系内搜索新星计划)为例,谈谈如何发现一颗银河系新星。

发现新星的一个基本流程是:制定计划-拍摄观测-对比分析发现目标-排除验证-测量上报。

 

一、前期准备及制定计划

首先我们需要做一些前期工作并制定详细的观测计划,并准备一套望远镜装备。根据个人经验,只要经过曝光,拍摄的图片极限星等能达到10等以上的设备,就有可以发现新星了,因为大约70%以上的新星亮度亮于10等。星明天文台NSP目前采用的是佳能350d、+300/2.8Lens镜头加GPD赤道仪,爱好者可以借鉴其经验。

有了设备后,就要制定观测计划了。为了方便新手入门,我根据自己的经验给大家提供几个小窍门。对于银河系新星,出现的概率最大的天区是在人马座SGR,根据我的统计大概有30%的新星出自人马座。其次还有蛇夫座Oph,天蝎座Sco,天鹰座Aql,盾牌座Sct,天鹅座Cyg。绝大部分新星都出自这几个星座,大家可以根据这个顺序来制定自己的巡天计划,虽然这种统计方法不一定科学,但是很管用。

 

二、拍摄观测

制定完计划就可以正式拍摄了,拍摄图片格式最好使用FIT格式,如果喜欢拍彩色的也可以,但不如FIT好。特别要注意的是,每个拍摄天区,每天必须要拍2张图(我们称之为2PASS),最好2PASS之间有一定的时间间隔,等会我会详细介绍为什么要这样做。拍摄初期还要将拍摄比较好的图片做成图库,以便以后对比使用,但图库不建议长期使用,因为时间间隔太长,长周期变星会突显出来,给验证带来不必要的工作量,当然图库也不能跟实时图间隔太短,因为这样容易把刚爆发的新星漏掉,这些都是我积累多年的经验。如果前期没有图库,可以对比DSS(The STScI Digitized Sky Survey),等会介绍如何使用。

 

三、对比分析发现目标

接下来我们先将拍摄图片跟图库进行对,寻找那种在实时图中“突然”出现的天体。比方说你看到一颗星其亮度发生了变化(注意是实时图比图库中目标星等变亮),那么就应该引起重视。倘若实时图跟图库都可以看到这颗星,就将其排除,因为新星爆发前,通常都很暗,图库中通常是看不到的。这种情况只有两个例外,一是新星跟背景恒星发生重叠,误认为是变星,二是因为相对比的图之间时间间隔太短,正好拍摄到新星的爆发过程,所以我刚才提到不要用间隔数天内的图做对比。这两种情况我都曾见过,很容易被混淆。“突然”出现的标准就是在图库中目标完全看不到,在实时图中才能看到,这有这样的才能算的上一个疑似目标。如果发现这样的目标是否就意味着发现一颗新星了呢?不,发现这种目标只是第一步,下面我们要做的就是排除验证了。

 

四、排除验证

我刚才提到一定要拍摄2PASS,就是因为他在排除验证环节,有着重要的用途。首先要将当天拍的同一区域的2张图,进行对比,如果目标发生位移那说明该目标可能是小行星,或者CCD坏点等(切记不能放过任何绿色或者弥散的目标,因为它有可能是彗星)。如果该目标在2PASS消失,那么代表这个目标为假目标,它可能是噪点或者伽玛暴,耀星,卫星翻转等等。只有目标在2PASS继续存在,对我们来说才有价值,我们才能进行下面的流程。

当2PASS验证目标继续存在后,我们要进行查询星表星图排除它是否是已知的天体。首先我们需要得到这颗目标的大致坐标跟亮度进行初步验证。这里最常用的是利用天文软件THE SKY(大家可以百度一下)。首先我们要打开天文软件THE SKY ,使软件星图的东南西北方向跟你拍摄的图片方向一致。我们先把星图跟拍摄图片对应起来,以我发现的第一颗新星V5582 SGR为例,如下图所示,对上星图后,在THE SKY 中找到目标的大致位置,鼠标点一下,就得出了一个坐标,通常我们选用历元2000,坐标为17 45 05 -20 03 21。

 

THE SKY V5582 SGR 新星
                                            

然后根据目标周围已知恒星的亮度,大致判断目标的亮度。我们选中一个跟该目标亮度相当的恒星,已知该星亮度为12.4等,目视看上去新星目标比其稍亮,我们就估算目标亮度为12等。需要注意的是THE SKY 有显示已知变星的功能,如果软件星图跟实时对应起来后,目标位置显示出一颗变星,那么查看变星的星等范围,是否跟目标符合,如果符合就将此目标排除。如果没有显示这里有变星,也不能完全排除其变星的可能性,还需进一步的验证。接下来我们验证该目标是否是已知变星。打开http://www.aavso.org/vsx/,选择搜索(search)

 

跳出一个搜索页面,在Position后的框框中输入目标坐标,然后点击Search按钮,如果有反馈结果且数据跟目标相对应(注意辨认是否为再发新星),就说明该目标为已知变星。也或者是曾观测到光变的不规则变星,长周期变星或矮新星等天体。如果搜不到任何结果说明该目标不是已知的变星,那么我们就可以排除其变星的可能性。接下来我们就可以进行其他的验证了。我们可以先对比在线图库,打开DSS网站http://stdatu.stsci.edu/cgi-bin/dss_form,如图所示:

  

 

输入刚才由THE SKY中获得的历元2000,RA、Dec坐标,File format选择GIF图片,Height,Width代表显示图片的大小,我通常填8。点RETRIEVE IMAGE得到改区域的DSS图片,用我们拍摄的图片跟DSS图对比,看该目标是否在DSS上有对应。新星爆发前非常暗,通常在DSS上是不会有对应的。如果有对应,那么该目标排除。

除了DSS,还有一些电子星图也很方便,如GOOGLE SKY,Wikisky等,Wikisky相对来说更方便些。打开网站http://www.wikisky.org/,如图所示:

  

在搜索框中输入坐标,点搜索,就可以得到一张星图,通过左边的拉条调整大小,这个网站的最大好处是使用方便且功能强大,他可以调取DSS,SDSS,等图片数据。

在排除目标在在线图库均无对应后,我们来验证目标是否为已知小行星。打开网站http://scully.cfa.harvard.edu/cgi-bin/checkmp.cgi,如图所示:

在Date中输入图片时间,应转换为世界时(北京时间减去8小时就是世界时),保留小数点后2位(图中的12.5代表的就是世界时12日12点)。在R.A. ,Decl中输入坐标。Limiting magnitude填你的拍摄图片的极限星等,最好略大1-2星等,Observatory code是天文台观测地代码,爱好者如果没有这个代码,可以不填,得出的结果虽有偏差但是不影响使用。然后点Produce list,会显示一个查到的已知小行星的页面。仔细对比坐标跟亮度,如果有对应,说明这是一颗已知小行星,就可以排除掉这个目标。如果没有,就说明该目标不是已知小行星。这个程序走下来,如果还不能确定目标的性质,那么该目标就极有可能是一个新星了,我们就应该考虑上报了。 

 

五、测量上报

如果我们拍摄的是FIT图片,我们就需要使用Astrometrica软件进行归算测量目标的准确坐标与星等。根据不同的设备参数,要对软件进行设置。不同设置都可以保存为一个CFG设置文件,用的时候可以导入,具体使用方法,可以在网上找资料学习。如果是普通GIF,JPG图片,暂时只能采取估算的办法,参见本文验证环节,用THE SKY估测坐标,星等的方法。

至于如何写报告及上报,为了防止新手过多的误报,上报格式跟方法我不在这里公开,如果你发现了可疑目标,可以联系我,我会尽可能的帮助你验证及上报,我的邮箱dofur@hotmail.com,或者加入我们星明天文台QQ群73444198,谢谢大家。