АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ, 2014, том 91, № 1, с. 9-19
УДК 524.354-4+524.5+52-325.2
МИКРОКВАЗАРНЫЕ ДЖЕТЫ В ОСТАТКЕ СВЕРХНОВОЙ G11.2-0.3
© 2014 г. А. П. Глушак*
Пущинская радиоастрономическая обсерватория Астрокосмического центра Физического института им. П.Н. Лебедева Российской академии наук, Пущино Московской обл., Россия Поступила в редакцию 29.04.2013 г.; принята в печать 11.06.2013 г.
Выполнен анализ тонкой радио- и рентгеновской структуры остатка сверхновой G11.2-0.3 по данным наблюдений телескопов Chandra и VLA. Для предложенной ранее в литературе возможной пары биполярных рентгеновских джетов, находящейся внутри оболочки остатка, вне оболочки впервые найдены концевые горячие рентгеновские пятна этих джетов. Пятна лежат на оси джетов, ориентация которой соответствует позиционному углу 66° (от севера к востоку). Измерены их собственные движения, и определен возраст — более 160 лет. Оцененные физические параметры джетов согласуются с параметрами микроквазарных джетов. В радиооболочке обнаружены три широкие бреши с углом раскрыва 9°, а на ее периферии — радиовыступы с углом раскрыва 2° —4° каждый, имеющие трубчатую структуру. В оболочке найдены следы движения вещества вдоль линии с позиционным углом 124.5°, которые указывают на активность в прошлом еще одной возможной пары биполярных центрально-симметричных джетов, более старых, чем первые. Такие детали структуры прямо свидетельствуют о том, что оболочка подверглась мультиперфорации разлетающимися фрагментами вещества от взрыва сверхновой и одной парой или, возможно, двумя различно ориентированными парами биполярных джетов.
DOI: 10.7868/S0004629914010022
1. ВВЕДЕНИЕ
G11.2-0.3 — молодой остаток сверхновой (ОСН) от сверхновой (СН)типа II-L/b [1] с вполне круглой оболочкой и центральной туманностью, созданной пульсарным ветром (ТПВ). Диаметр оболочки равен 250", а ТПВ — около 80". В центре остатка находится 65-мс рентгеновский пульсар J1811-1925, известный как одиночный пульсар. Происхождение ОСН от СН 386 г. подтверждено в наблюдениях телескопом Chandra c высоким угловым разрешением [2, 3]. Характеристический возраст пульсара, определенный по замедлению вращения, в 15 раз больше, чем исторический возраст ОСН (1б00 лет). Расстояние до ОСН, измеренное по поглощению излучения в линии нейтрального водорода, близко к 5 кпк [4]. Далее везде расстояние до ОСН берется равным 5 кпк, так что 1' = 1.45 пк . Спектральный индекс радиоизлучения a (Sv гс va) для ТПВ и оболочки равен —0.25 ± 0.10 и —0.56 ± 0.02 [4], соответственно, что типично для комбинированных радио-ОСН.
Простейшее объяснение большого расхождения между историческим и характеристическим возрастом ОСН было предложено Каспи и др. [5].
E-mail: glushak@prao.ru
Оно заключается в том, что исходный период пульсара очень близок к его настоящему периоду. Это объяснение предполагало замедление вращения одиночного пульсара с постоянным магнитным полем и индексом торможения n < 30. Измеренное значение n ~ 2000, при этом возможная ошибка сравнима с самой измеренной величиной [6].
Благодаря превосходному угловому разрешению телескопа Chandra центральная рентгеновская компонента ТПВ была разделена на нетепловое джетоподобное излучение и тепловое излучение сильно вытянутой формы. Релятивистское движение компактных рентгеновских пятен наблюдалось вблизи пульсара вдоль оси компоненты с нетепловым излучением [2, 5]. Там же предполагалось, что эта джетоподобная структура представляет собой ТПВ в форме узкого биполярного истечения, или тонкого пульсарного экваториального слоя или диска. В [7] было найдено, что на противоположных краях оболочки в направлении "северо-запад—юго-восток" присутствуют филаменты железа, выброшенного при взрыве СН, и было сделано предположение, что это направление могло быть осью вращения звезды-предшественника. В [8] рентгеновский источник в центре ОСН был отнесен к классу источников излучения, связанных с двойной системой. В [9, 10] исследовалась
структура ОСН, и было предложено классифицировать пульсар вместе с джетоподобным жестким рентгеновским излучением как новый микроквазар. В [11] было найдено, что возраст полукольцевой детали структуры, расположенной внутри оболочки в направлении к юго-востоку от пульсара (области, обозначенные как U и V), существенно меньше возраста оболочки.
В настоящей работе исследована мелкомасштабная радио- и рентгеновская структура комбинированного ОСН G11.2-0.3 со структурой ТПВ, не типичной для структур вокруг молодых одиночных пульсаров. Обнаружены концевые горячие рентгеновские пятна кандидатов в джеты, предложенных в [2, 5], измерено их собственное движение, оценены скорость и возраст. Сделано сравнение свойств этих джетов со свойствами джетов микроквазаров. Также рассмотрена возможность наличия у пульсара звезды-компаньона и диска из фрагментов упавшего вещества взорвавшейся звезды-предшественника.
2. АНАЛИЗ СТРУКТУРЫ G11.2-0.3
Для анализа структуры G11.2-0.3 использовались изображения ОСН с угловым разрешением 1"-5'', из работ [4, 12, 13]. Они были получены на рентгеновском телескопе Chandra и радиотелескопе VLA.
2.1. Структура туманности пульсарного ветра
На рис. 1 в ТПВ, окружающей пульсар, четко видны две морфологически сходные и спектрально различные [2] сильно вытянутые компоненты К1 и К2 с различной ориентацией их больших осей. (См. также цветное изображение G11.2-0.3 в каталоге [13], где синий и красный компоненты ТПВ — это К1 и К2, соответственно.) Компонента К1 излучает в жестком рентгеновском диапазоне (3—7.5 кэВ) и имеет форму двусторонних джетов с центральной симметрией относительно пульсара. Измеренный нами позиционный угол ее большой оси, показанной на рис. 4 в работе [2], равен 66.0° (в направлении от севера к востоку). Согласно наблюдениям, яркие компактные рентгеновские пятна движутся внутри юго-западной части джета K1 наружу от пульсара (рис. 1) вдоль большой оси компоненты K1 с околосветовой скоростью [2]. На рис. 1 эта ось обозначена как "Ось 1". Компонента К2 в мягком рентгеновском диапазоне (0.6—1.65 кэВ) состоит из нескольких фрагментов, лежащих на противоположных сторонах компоненты К1, и она сильно вытянута вдоль направления "юго-восток-северо-запад". Ее ось указана на рисунке штриховой линией. Чем обусловлена вытянутая форма тепловой компоненты К2? Возможно ли, что
компонента К2 является деталью оболочки, как предполагалось в [2]? Или ее сильная вытянутость, так же, как у компоненты К1, может быть связана с направленным течением вещества от пульсара? Эти вопросы обсуждаются в разделе 4.
2.2. Четыре компактных рентгеновских источника и детали структуры радиооболочки
На изображении ОСН на рис. 1 вне оболочки присутствуют лишь 4 компактных источника. Они отмечены как X1, X2, X3 и X4. Это реальные источники, так как они имеются в каталоге источников Chandra и присутствуют на разных изображениях ОСН и в различных частях рентгеновского диапазона Chandra как самые яркие объекты вне оболочки. Их координаты и размеры даны в таблице. Оказывается, при лучшем угловом разрешении изображения, чем на рис. 1, а именно далее на рис. 5, прямая линия, соединяющая X1 и X2, проходит на расстоянии 0.74" (±20%) к югу-юго-востоку от центра кружка, отмечающего положение пульсара, и параллельна оси 1, вдоль которой движутся компактные рентгеновские пятна, зарегистрированные внутри К1 [2]. Источники X1 и X2 лежат на почти одинаковом расстоянии от пульсара: 2.62' и 2.44', соответственно.
Из цветного изображения в [13] очевидно, что частота максимума в спектре излучения X1 и X2, их расстояния от пульсара, а также большая яркость правой части К1 по сравнению с левой частью качественно соответствуют эффекту Доплера. X1 и правая компонента К1 и соответственно X2 и левая компонента К1 приближаются и удаляются от наблюдателя. Из этих свойств X1, X2 и К1 очень вероятно следует взаимосвязь источников X1 и X2 с активностью пульсара. Далее этот вывод подтвержден в подразделе 3.1 их структурой и прямым измерением собственного движения.
В структуре радиооболочки на рис. 2 присутствуют три широкие бреши в оболочке, отмеченные прямоугольными скобками и обозначенные цифрами. Две из них расположены в окрестности точек пересечения оси 1 с оболочкой. Края брешей приблизительно параллельны оси 1. Угол раскрыва каждой бреши составляет 8°-9°, если измерять угол при его вершине, лежащей на пульсаре, тогда как для источников X1 и X2 этот угол близок к 3° (см. подраздел 3.1). Хорошая корреляция расположения X1 и X2 в углах раскрыва брешей 1 и 2 указывает на то, что бреши возникли наиболее вероятно так же, как и X1 и X2, в результате некоторого течения вещества от пульсара. Действительно, как отмечено в [2], угол раскрыва джетов в компоненте ТПВ К1 составляет несколько менее или около 10°, что как раз соответствует размеру брешей.
Рис. 1. Копия цветного изображения ОСН G11.2-0.3 из [13] в интервале 0.60-7.50 кэВ (Chandra) с угловым разрешением 5" (фон удален). Пульсар — светлый кружок в центре оболочки. Указаны проходящие через пульсар найденные визуально оси симметрии для 4 компактных рентгеновских источников X1, X2 и X3, X4. Отдельной цифрой 4 обозначено наиболее яркое пятно в оболочке. К1 и К2 — компоненты ТПВ в жестком и мягком рентгеновском диапазоне, соответственно.
Это с большой уверенностью предполагает вынос вещества из оболочки под влиянием джетов компоненты К1.
Большая вытянутость компоненты К2 в ТПВ (рис. 1) позволяет предположить образование К2 в результате течения вещества от пульсара, подобного движению джетов вдоль оси 1. Тогда разумно попытаться найти концевые пятна предполагаемых джетов в К2. Линию, соединяющую Х3, Х4 и пульсар, будем называть осью 2. Близость источников Х3 и Х4 к большой оси К2 и присутствие практически на оси 2 в противоположной источникам Х3 и Х4 части оболочки самого яркого рентгеновского пятна 4 (рис. 1), совпадающего с самым ярким радиопиком в оболочке, позволяет предполагать их такими концевыми объектами. Примечательно, что и в направлении от пульсара на источники Х3 и Х4 (рис. 2), т.е. в районе пересечения оси 2 с оболоч
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.