साइग्नस सुपरबबल का हेलोसेट विश्लेषण: संरचना, ऊर्जा और उत्पत्ति

सारांश

साइग्नस सुपरबबल (सीएसबी) लगभग 13 डिग्री चौड़े मृदु एक्स-रे उत्सर्जन का एक महत्वपूर्ण क्षेत्र है, जो स्थानीय सर्पिल बांह की दिशा में स्थित है। यह विस्तृत संरचना संभवतः निकटवर्ती तारकीय नर्सरियों से संचयी तारकीय पवनों और सुपरनोवा अथवा एकल दुर्घटनाग्रस्त घटना—एक हाइपरनोवा—का परिणाम है। हेलोसेट की क्षमताओं का उपयोग करते हुए, सीएसबी क्षेत्र के भीतर चार अतिव्यापी नहीं होने वाले 10-डिग्री व्यास वाले क्षेत्रों का 0.4-7 keV ऊर्जा बैंड में अवलोकन किया गया। विश्लेषण से सभी क्षेत्रों में सुसंगत अवशोषण और तापमान प्रकट हुआ, जिनके भारित औसत क्रमशः 6.1×10²¹ cm⁻² और 0.190 keV थे। ये एकसमान विशेषताएँ सुझाव देती हैं कि सीएसबी एक सामंजस्यपूर्ण इकाई है जिसकी उत्पत्ति संभवतः एकल घटना से हुई है। सीएसबी की कुल तापीय ऊर्जा एक खोल-जैसे भौतिक मॉडल के आधार पर 4×10⁵² erg आंकी गई है। साइग्नस ओबी संगठनों के अवशोषण और दूरी के आकलनों की जाँच की गई, जो दर्शाते हैं कि सीएसबी का अवशोषण साइग्नस ओबी1 के अवशोषण के सबसे अधिक निकट है, जो सीएसबी को 1.1-1.4 kpc की तुलनीय दूरी पर स्थित करता है।

1. भूमिका

साइग्नस सुपरबबल (सीएसबी) की पहचान सबसे पहले 1980 में एचईएओ 1 उपग्रह के प्रेक्षणों के माध्यम से हुई थी, जिसने साइग्नस तारामंडल में आकाशगंगा तल के निकट एक विस्तारित मृदु एक्स-रे संरचना को प्रकट किया। इस खोज ने पहले से देखी गई उसी क्षेत्र की अवरक्त, प्रकाशीय और रेडियो संरचनाओं को जोड़ा, जिन्हें सामूहिक रूप से सीएसबी कहा जाता है। कैश एट अल. (1980) के प्रारंभिक मापों ने संकेत दिया कि एक्स-रे उत्सर्जन आकाश के 13 डिग्री को आच्छादित करता है, जो अवशोषण मापों से प्राप्त 2 kpc की अनुमानित दूरी पर लगभग 450 pc के भौतिक व्यास के अनुरूप है। सीएसबी की स्पष्ट घोड़े की नाल के आकार की उपस्थिति मुख्यतः बीच में आने वाले साइग्नस रिफ्ट (जिसे उत्तरी कोलसैक या साइग्नस का ग्रेट रिफ्ट भी कहा जाता है) के कारण है, जो एक पर्याप्त धूल का बादल है जो बबल के केंद्रीय क्षेत्र को आच्छादित करता है।

सीएसबी के चारों ओर नौ ओबी संगठन हैं, जिनमें प्रमुख साइग्नस ओबी2 संगठन शामिल है। साइग्नस ओबी2 इसलिए उल्लेखनीय है क्योंकि इसमें 100 से अधिक ओ-प्रकार के तारे हैं, जो इसे ऐसे तारों का सबसे बड़ा समूह और हमारी आकाशगंगा में पाया गया सबसे विशाल युवा तारकीय संगठन बनाता है (Knödlseder, 2000)। सीएसबी की दृष्टि रेखा स्थानीय सर्पिल बांह के साथ संरेखित है, जिसके परिणामस्वरूप कई खगोलीय वस्तुओं का अध्यारोपण होता है। यह संरेखण यह निर्धारित करना जटिल बना देता है कि देखी गई संरचनाएँ पृथक इकाइयाँ हैं या कई अध्यारोपित वस्तुओं के संयोजन हैं। बबल के विभिन्न क्षेत्रों के परस्पर विरोधी दूरी मापों ने सीएसबी की सटीक प्रकृति की समझ को और अस्पष्ट कर दिया है।

दूरी अध्ययन अक्सर अवशोषण मापों पर निर्भर करते हैं, जिन्हें कुल हाइड्रोजन स्तंभ घनत्व (N_H) द्वारा पैरामीटराइज़ किया जाता है। अधिक दूरियाँ आमतौर पर बीच में आने वाली आकाशगंगीय सामग्री के कारण बढ़े हुए अवशोषण के साथ सहसंबद्ध होती हैं। सीएसबी के लिए, परस्पर विरोधी N_H मापों ने संयुक्त और पृथक संरचनात्मक उत्पत्ति दोनों का समर्थन किया है। उयानिकर एट अल. (2001) ने विभिन्न सीएसबी क्षेत्रों में भिन्न-भिन्न N_H मानों की सूचना दी, जो सर्पिल बांह के साथ दृष्टि रेखा पर निर्भर एक संयुक्त प्रकृति का सुझाव देती है। इसके विपरीत, किमुरा एट अल. (2013) ने सीएसबी में सुसंगत N_H मान पाए, जो एक एकीकृत संरचना की व्याख्या का समर्थन करते हैं।

यदि सीएसबी वास्तव में एक एकीकृत संरचना है, तो इसके विशाल आकार की व्याख्या करना चुनौतीपूर्ण है। कैश एट अल. (1980) ने 2 kpc की दूरी के लिए सीएसबी की कुल तापीय ऊर्जा 6×10⁵¹ erg से अधिक आंकी, जो 30-100 सुपरनोवाओं की श्रृंखला से उत्पत्ति का पक्ष लेती है न कि किसी एकल घटना से। हालाँकि, एकल घटना उत्पत्ति के लिए एक असाधारण रूप से शक्तिशाली सुपरनोवा, जिसे हाइपरनोवा (Paczyński, 1998) के रूप में जाना जाता है, की आवश्यकता होगी। हाइपरनोवा के लिए प्रेक्षणात्मक साक्ष्य मौजूद हैं, जैसे कि SN1998bw, जिसने 2-5×10⁵² erg की प्रारंभिक गतिज ऊर्जा प्रदर्शित की—सामान्य सुपरनोवा की तुलना में एक कोटि अधिक—और इसकी उत्पत्ति लगभग 40 सौर द्रव्यमान के पूर्ववर्ती तारे से हुई हो सकती है (Iwamoto et al., 1998)। यह ऊर्जा सीमा सीएसबी में देखी गई ऊर्जा के तुलनीय है, जो एक हाइपरनोवा उत्पत्ति की संभावना को बढ़ाती है। वैकल्पिक रूप से, सीएसबी निकटवर्ती ओबी संगठनों में विशाल तारों से कई सुपरनोवा और तारकीय पवनों के संयोजन का परिणाम हो सकता है।

2. प्रेक्षण और पद्धति

यह अध्ययन हेलोसेट से प्राप्त आंकड़ों का उपयोग करता है, जो एक क्यूबसैट-आधारित एक्स-रे दूरबीन है जिसे मृदु एक्स-रे पृष्ठभूमि का मानचित्रण करने और विस्तारित एक्स-रे स्रोतों का अध्ययन करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। हेलोसेट ने सीएसबी क्षेत्र के भीतर चार अतिव्यापी नहीं होने वाले क्षेत्रों का अवलोकन किया, जिनमें से प्रत्येक का व्यास 10 डिग्री था और जो 0.4-7 keV की ऊर्जा बैंड को कवर करते थे। इन प्रेक्षणों का उद्देश्य सीएसबी के एक्स-रे उत्सर्जन, अवशोषण और तापमान की स्थानिक एकरूपता को चरितार्थ करना था।

आंकड़ा संसाधन प्रक्रिया में एक्स-रे खगोल विज्ञान के लिए मानक प्रक्रियाएँ शामिल थीं, जिनमें उच्च पृष्ठभूमि अवधियों के लिए फिल्टरिंग, यंत्रीय प्रभावों के लिए सुधार, और पृष्ठभूमि योगदान को घटाना शामिल है। वर्णक्रमीय विश्लेषण एक्सस्पेक का उपयोग करके किया गया, जिसमें अग्रभूमि और पृष्ठभूमि घटकों को ध्यान में रखते हुए मॉडल शामिल थे। मुख्य ध्यान सीएसबी के प्लाज़्मा उत्सर्जन के हाइड्रोजन स्तंभ घनत्व (N_H) और तापमान (kT) को मापने पर था।

सीएसबी की कुल तापीय ऊर्जा का आकलन करने के लिए, एक खोल-जैसा भौतिक मॉडल अपनाया गया, जो कोणीय आकार और दूरी के आकलनों से प्राप्त त्रिज्या वाली एक गोलाकार संरचना मानता है। ऊर्जा गणना ने बबल के आयतन पर देखे गए एक्स-रे चमकीलापन को एकीकृत किया, जिसमें प्लाज़्मा को ध्यान में रखा गया।