«Пульсарный ветер» внутри остатков Сверхновой изучают с помощью космических рентгеновских телескопов

+7 926 604 54 63 address
 Крабовидная туманность: комбинированный снимок в видимом (красный) и рентгеновском (синий) диапазонах. Источник: <i><a href="http://hubblesite.org/" />Hester et al.</a>, NASA/HST/ASU/J, NASA/CXC/ASU/J</i>.
Крабовидная туманность: комбинированный снимок в видимом (красный) и рентгеновском (синий) диапазонах. Источник: Hester et al., NASA/HST/ASU/J, NASA/CXC/ASU/J.

По данным космического рентгеновского телескопа XMM-Newton Европейского космического агентства (ESA) астрономы исследовали необычную пульсарную туманность (PWN) в облаке остатков Сверхновой CTB 87 в нашей Галактике на расстоянии 20 000 световых лет.

Остатки Сверхновой (SNR)  — это диффузные протяжённые структуры, распространяющиеся на огромные расстояния после взрыва Сверхновой. Эти структуры содержат материал, выброшенный звездой после взрыва, а также межзвёздный материал, который был увлечён взрывной волной. Наиболее известный объект такого типа — Крабовидная туманность, возникшая после взрыва Сверхновой, зафиксированного предположительно в 1054 году. Эти структуры, сложные сами по себе, становятся ещё более интересными для изучения, если на пути распространения туманности находятся высокоэнергетичные источники излучения, например пульсары.

Плерионы (Pulsar Wind Nebula, PWN), буквально — «туманности, подпитываемые пульсарным ветром» — особый вид туманностей, которые встречаются внутри оболочек остатков сверхновых. Они возникают при взаимодействии пульсарного «ветра» из заряженных частиц с медленно распространяющимся веществом Сверхновой. Космические частицы при этом бывают разогнаны до ультрарелятивистских состояний за счёт магнитного поля быстро вращающегося пульсара (нейтронной звезды). Объекты такого вида наиболее ярко проявляют себя в рентгеновском, возможно, в гамма-диапазоне излучения, однако следы этого взаимодействия проявляются и на других длинах волн. В частности, первое открытие PWN в 1976 году было сделано на основе аномалий излучения в радиодиапазоне вблизи центра распространения остатков Суперновой. Крабовидная туманность ранее считалась прототипом PWN-объектов, однако в последнее время растёт список PWN, по своим свойствам существенно отличающихся от неё, так, что их называют «плерионами второго типа», или даже — «некрабовидными» плерионами; больше того, в свете накопленных данных сама Крабовидная туманность теперь рассматривается скорее как аномальный объект PWN.

Пространственные взаимоотношения структур в подобных «составных» туманностях могут быть достаточно сложными. Пример комбинированного изображения одного из PWN-объектов в рентгеновском (контуры), радио- (красный) и гамма- (зелёный) диапазоне. Из: Gaensler et al., Annu.Rev.Astro.Astrophys.2006. 44:17-47.

Радиотуманность CTB 87, известная также под другим каталожным названием G74.9+1.2 — это типичный остаток Сверхновой, и в области распространения её облака как раз находится точечный рентгеновский источник CXOU J201609.2+371110, образующий PWN. Этот источник был обнаружен несколько лет назад при помощи космического рентгеновского телескопа Chandra и в настоящее время он имеет статус «кандидата в пульсары». Туманность расположена на расстоянии 20 000 световых лет от нас в нашей Галактике, в «рукаве Персея» (наша Солнечная система находится в соседнем рукаве Ориона). Сама туманность по своим свойствам похожа на Крабовидную туманность, только значительно менее яркая и не так знаменита, однако исследуется она давно. Она классифицируется как радиотуманность с PWN второго, «некрабовидного» типа. Исследования этих туманностей выполняются комплексно в радио- и рентгеновском диапазонах. Группа астрономов из Виннипега (Канада) и нескольких научных центров Италии, Испании и США в ноябре опубликовала результаты исследования морфологии и стадии эволюции этой «подпитываемой туманности» внутри облака остатков Сверхновой на основании данных, полученных от рентгеновского телескопа XMM-Newton. Статья вскоре ожидается в журнале MNRAS (Monthly Notices of the Royal Astronomical Society), пока что она доступна как препринт на arXiv.org. Это продолжение исследования этой группы по изучению объекта по данным телескопа Chandra, фактически первого детального исследования туманности в рентгеновском диапазоне.

Комбинированный снимок туманности CTB 87 с PWN в рентгеновском и радиодиапазоне (слева). Радиоспектр показан контурами. Справа — деталь (центральный участок) в пседвоцветах RGB, представляющих изображения от трёх детекторов космического телескопа XMM-Newton в разных рентгеновских диапазонах, соответственно 0,3—1,5 кЭв (красный), 1,5—5 кЭв (зелёный), 5—10 кЭв (синий). С изм. из: Guest et al., MNRAS.

Обнаруженный точечный рентгеновский источник в туманности смещён на 100″ (угловых секунд) от пика радиоизлучения. Таким образом, такие объекты представляют собой «туманность внутри туманности». Крупная туманность размером несколько угловых минут излучает в диапазоне радиоволн (то есть значительная часть её вещества — молекулярные облака, содержащие водород, CO и другие лёгкие молекулы). В ней расположена небольшая компактная туманность с угловым размером 5″, видимая в рентгеновском диапазоне. Она представляет собой предположительно тороидальную структуру с двумя струями рентгеновского излучения, что характерно для рисунка излучения от быстро вращающихся нейтронных звёзд. Интересной особенностью рентгеновской туманности является её удлинённая форма в виде кометы. Облако PWN находится в процессе быстрой эволюции и движется по направлению к нам сквозь остатки вещества Сверхновой. Возможно, объект PWN уже эволюционировал до своей финальной стадии развития с возрастом около 20 000 лет, и на его примере мы наблюдаем стадию, близкую к реликтовой туманности вокруг потерявшего значительную часть энергии пульсара.

На расстоянии до объекта 20 000 световых лет одна угловая секунда соответствует примерно 1,23 миллиарду астрономических единиц (а.е.), то есть расстояний между Землёй и Солнцем (равном 150 млн км.). Характерный размер этой радиотуманности (5 угловых минут) составляет около 9 парсек, или 30 световых лет. Компактная рентгеновская туманность внутри (5 угловых секунд) значительно меньше, её размер — половина светового года.

Плерионы, или PWN — это экзотические космические объекты, наиболее интересные в диапазоне жёсткого рентгеновского излучения. Другие виды таких объектов включают, например, ультраяркие рентгеновские источники (ULX) неясной природы в удалённых галактиках, об одном из которых мы недавно писали. Задачи их исследования почти целиком решаются на космических телескопах, работающих в рентгеновском диапазоне — например, Chandra, Swift или XMM-Newton. Объекты PWN не такие яркие, как ULX, однако их много поблизости в нашей Галактике. Как и ULX, они дают нетривиальный материал для исследования из-за сложного взаимодействия вещества разного происхождения — холодных остатков Сверхновых и высокоэнергетичных космических частиц от пульсара.

Ближайшие к нам звёздные скопления и туманности в Галактике.
.
Комментарии