تحليل هالوسات لفقاعة الدجاجة العملاقة: البنية والطاقة والأصل

ملخص

تمثل فقاعة الدجاجة العملاقة (CSB) منطقة مهمة لانبعاث الأشعة السينية اللينة بعرض يقارب ١٣ درجة، تقع في اتجاه الذراع الحلزوني المحلي. قد ينتج هذا الهيكل الواسع إما عن الرياح النجمية المتراكمة والمستعرات العظمى من حاضنات النجوم القريبة، أو عن حدث كارثي فردي - وهو مستعر فائق التوهج. باستخدام إمكانيات هالوسات، تم رصد أربع مجالات غير متداخلة بقطر ١٠ درجات داخل منطقة الفقاعة عبر نطاق طاقة ٠.٤-٧ كيلو إلكترون فولت. كشف التحليل عن امتصاص ودرجة حرارة متسقين عبر جميع المجالات، بمتوسطات مرجحة تبلغ ٦.١×١٠²¹ سم⁻² و٠.١٩٠ كيلو إلكترون فولت على التوالي. تشير هذه الخصائص الموحدة إلى أن الفقاعة كيان متماسك يحتمل أن يكون ناشئاً عن حدث فردي. تقدر الطاقة الحرارية الإجمالية للفقاعة بـ ٤×١٠⁵٢ إرج، بناءً على نموذج فيزيائي شبيه بالغلاف. تم فحص تقديرات الامتصاص والمسافة لتجمعات الدجاجة OB، مشيرة إلى أن امتصاص الفقاعة يتوافق بشكل أكبر مع امتصاص Cyg OB1، مما يضع الفقاعة على مسافة مماثلة تتراوح بين ١.١-١.٤ كيلوبارسك.

١. المقدمة

تم التعرف على فقاعة الدجاجة العملاقة لأول مرة في عام ١٩٨٠ من خلال ملاحظات القمر الصناعي HEAO 1، التي كشفت عن هيكل ممتد للأشعة السينية اللينة بالقرب من المستوى المجري في كوكبة الدجاجة. ربط هذا الاكتشاف بين الهياكل المرصودة سابقاً في الأشعة تحت الحمراء والمرئية والراديو في نفس المنطقة، والتي سميت مجتمعة بالفقاعة العملاقة. أشارت القياسات الأولية لكاش وآخرون (١٩٨٠) إلى أن انبعاث الأشعة السينية يمتد على ١٣ درجة من السماء، بما يعادل قطراً فيزيائياً يقارب ٤٥٠ فرسخ فلكي عند مسافة مقدرة بـ ٢ كيلوبارسك، مستنتجة من قياسات الامتصاص. الشكل الشبيه بحذوة الحصان للفقاعة هو إلى حد كبير أثر ناتج عن حاجز سديم الدجاجة (المعروف أيضاً بالجمرة الشمالية أو الصدع العظيم في الدجاجة)، وهو سحابة غبارية كبيرة تحجب المنطقة المركزية للفقاعة.

يحيط بالفقاعة تسعة تجمعات نجمية OB، بما في ذلك التجمع البارز Cygnus OB2. يشتهر Cygnus OB2 باستضافته لأكثر من ١٠٠ نجم من النوع O، مما يجعله أكبر تركيز لمثل هذه النجوم وأضخم تجمع نجمي شاب تم رصده في مجرتنا (كنودلسيدر، ٢٠٠٠). يتطابق خط الرؤية نحو الفقاعة مع الذراع الحلزوني المحلي، مما يؤدي إلى تراكب عدة أجرام فلكية. يعقّد هذا المحاذاة تحديد ما إذا كانت الهياكل المرصودة كيانات منفصلة أو مركبة من عدة أجسام متراكبة. عكست قياسات المسافة المتناقضة لمناطق مختلفة من الفقاعة الفهم الدقيق لطبيعتها.

تعتمد دراسات المسافة غالباً على قياسات الامتصاص، الممثلة بكثافة عمود الهيدروجين الكلية (N_H). ترتبط المسافات الأكبر عادة بزيادة الامتصاص بسبب المواد المجرية الواقعة على خط البصر. بالنسبة للفقاعة، دعمت قياسات N_H المتناقضة كلاً من أصول البنية المركبة والمنفصلة. أبلغ أويانيكر وآخرون (٢٠٠١) عن قيم متغيرة لـ N_H عبر مناطق مختلفة من الفقاعة، مقترحين طبيعة مركبة تعتمد على خط الرؤية على طول الذراع الحلزوني. في المقابل، وجد كيمورا وآخرون (٢٠١٣) قيماً متسقة لـ N_H عبر الفقاعة، مما يدعم تفسير البنية الموحدة.

إذا كانت الفقاعة بالفعل هيكلاً موحداً، فإن تفسير حجمها الهائل يطرح تحديات. قدر كاش وآخرون (١٩٨٠) أن الطاقة الحرارية الإجمالية للفقاعة تتجاوز ٦×١٠⁵١ إرج لمسافة ٢ كيلوبارسك، مفضلاً أصلاً يتضمن سلسلة من ٣٠-١٠٠ مستعر أعظم بدلاً من حدث فردي. ومع ذلك، فإن الأصل الحدثي الفردي يتطلب مستعراً أعظمياً قوياً استثنائياً، يعرف بالمستعر فائق التوهج (باسينسكي، ١٩٩٨). توجد أدلة رصدية للمستعرات فائقة التوهج، مثل SN1998bw، الذي أظهر طاقة حركية أولية تبلغ ٢-٥×١٠⁵٢ إرج - أكبر بعشر مرات من المستعرات العظمى النموذجية - وقد يكون ناشئاً عن نجم أولي كتلته حوالي ٤٠ كتلة شمسية (إيواموتو وآخرون، ١٩٩٨). نطاق الطاقة هذا مماثل لما لوحظ في الفقاعة، مما يثير إمكانية الأصل من مستعر فائق التوهج. بدلاً من ذلك، قد تنتج الفقاعة عن مزيج من عدة مستعرات عظمى ورياح نجمية من النجوم الضخمة في تجمعات OB القريبة.

٢. الرصد والمنهجية

تستخدم هذه الدراسة بيانات من هالوسات، وهو تلسكوب للأشعة السينية يعتمد على القمر الصناعي المكعب، مصمم لرسم خلفية الأشعة السينية اللينة ودراسة مصادر الأشعة السينية الممتدة. رصد هالوسات أربع مجالات غير متداخلة داخل منطقة الفقاعة، يبلغ قطر كل منها ١٠ درجات، covering the energy band of 0.4-7 keV. The observations aimed to characterize the spatial uniformity of the CSB's X-ray emission, absorption, and temperature.

The data reduction process involved standard procedures for X-ray astronomy, including filtering for high background periods, correcting for instrumental effects, and subtracting background contributions. Spectral analysis was performed using XSPEC, with models accounting for foreground and background components. The primary focus was on measuring the hydrogen column density (N_H) and temperature (kT) of the CSB's plasma emission.

To estimate the total thermal energy of the CSB, a shell-like physical model was adopted, assuming a spherical structure with a radius derived from the angular size and distance estimates. The energy calculation integrated the observed X-ray luminosity over the volume of the bubble, accounting for the plasm