Resumen
La Superburbuja del Cisne (CSB) representa una región significativa de emisión de rayos X blandos de aproximadamente 13 grados de ancho, ubicada en dirección al brazo espiral local. Esta estructura extensa podría resultar de vientos estelares acumulativos y supernovas de guarderías estelares próximas, o de un evento catastrófico singular: una hipernova. Utilizando las capacidades de HaloSat, se observaron cuatro campos no superpuestos de 10 grados de diámetro dentro de la región CSB a través de la banda energética de 0.4-7 keV. El análisis reveló absorción y temperatura consistentes en todos los campos, con promedios ponderados de 6.1×10²¹ cm⁻² y 0.190 keV, respectivamente. Estas características uniformes sugieren que la CSB es una entidad cohesiva que probablemente se originó en un evento único. La energía térmica total de la CSB se estima en 4×10⁵² erg, basándose en un modelo físico de estructura tipo cáscara. Se examinaron las estimaciones de absorción y distancia a las asociaciones OB del Cisne, indicando que la absorción de la CSB se alinea más estrechamente con la de Cyg OB1, situando a la CSB a una distancia comparable de 1.1-1.4 kpc.
1. Introducción
La Superburbuja del Cisne (CSB) fue identificada por primera vez en 1980 mediante observaciones del satélite HEAO 1, revelando una estructura extendida de rayos X blandos cerca del plano galáctico en la constelación del Cisne. Este descubrimiento vinculó estructuras previamente observadas en infrarrojo, óptico y radio en la misma región, denominadas colectivamente como la CSB. Las mediciones iniciales de Cash et al. (1980) indicaron que la emisión de rayos X abarca 13 grados del cielo, correspondiendo a un diámetro físico de aproximadamente 450 pc a una distancia estimada de 2 kpc, derivada de mediciones de absorción. La aparente forma de herradura de la CSB es en gran parte un artefacto causado por la interposición de la Grieta del Cisne (también conocida como la Saco de Carbón del Norte o Gran Grieta del Cisne), una nube de polvo sustancial que oscurece la región central de la burbuja.
Rodeando la CSB hay nueve asociaciones OB, incluyendo la prominente asociación Cygnus OB2. Cygnus OB2 es notable por albergar más de 100 estrellas de tipo O, convirtiéndola en la mayor concentración de tales estrellas y la asociación estelar joven más masiva detectada en nuestra galaxia (Knödlseder, 2000). La línea de visión hacia la CSB se alinea con el brazo espiral local, resultando en la superposición de múltiples objetos astronómicos. Esta alineación complica determinar si las estructuras observadas son entidades discretas o compuestas de múltiples objetos superpuestos. Mediciones de distancia conflictivas a varias regiones de la burbuja han oscurecido aún más la comprensión de la naturaleza precisa de la CSB.
Los estudios de distancia a menudo dependen de mediciones de absorción, parametrizadas por la densidad de columna total de hidrógeno (N_H). Mayores distancias típicamente se correlacionan con una mayor absorción debido al material galáctico interpuesto. Para la CSB, mediciones conflictivas de N_H han respaldado tanto orígenes estructurales compuestos como discretos. Uyaniker et al. (2001) reportaron valores variables de N_H en diferentes regiones de la CSB, sugiriendo una naturaleza compuesta dependiente de la línea de visión a lo largo del brazo espiral. En contraste, Kimura et al. (2013) encontraron valores consistentes de N_H a través de la CSB, apoyando la interpretación de una estructura unificada.
Si la CSB es efectivamente una estructura unificada, explicar su inmenso tamaño presenta desafíos. Cash et al. (1980) estimaron que la energía térmica total de la CSB excede 6×10⁵¹ erg para una distancia de 2 kpc, favoreciendo un origen que involucra una serie de 30-100 supernovas en lugar de un evento único. Sin embargo, un origen de evento singular necesitaría una supernova excepcionalmente poderosa, conocida como hipernova (Paczyński, 1998). Existe evidencia observacional de hipernovas, como SN1998bw, que exhibió una energía cinética inicial de 2-5×10⁵² erg—un orden de magnitud mayor que las supernovas típicas—y puede haberse originado de una estrella progenitora de aproximadamente 40 masas solares (Iwamoto et al., 1998). Este rango de energía es comparable al observado en la CSB, planteando la posibilidad de un origen hipernova. Alternativamente, la CSB podría resultar de una combinación de múltiples supernovas y vientos estelares de estrellas masivas en asociaciones OB cercanas.
2. Observaciones y Metodología
Este estudio emplea datos de HaloSat, un telescopio de rayos X basado en CubeSat diseñado para mapear el fondo de rayos X blandos y estudiar fuentes extendidas de rayos X. HaloSat observó cuatro campos no superpuestos dentro de la región CSB, cada uno con un diámetro de 10 grados, cubriendo la banda energética de 0.4-7 keV. Las observaciones apuntaron a caracterizar la uniformidad espacial de la emisión de rayos X, absorción y temperatura de la CSB.
El proceso de reducción de datos involucró procedimientos estándar para astronomía de rayos X, incluyendo filtrado para períodos de alto fondo, corrección por efectos instrumentales y sustracción de contribuciones de fondo. El análisis espectral se realizó usando XSPEC, con modelos que consideran componentes de primer plano y fondo. El enfoque principal fue medir la densidad de columna de hidrógeno (N_H) y la temperatura (kT) de la emisión de plasma de la CSB.
Para estimar la energía térmica total de la CSB, se adoptó un modelo físico tipo cáscara, asumiendo una estructura esférica con un radio derivado del tamaño angular y estimaciones de distancia. El cálculo de energía integró la luminosidad de rayos X observada sobre el volumen de la burbuja, considerando el plasm