Abstract
La Superbolla del Cigno (CSB) costituisce una regione significativa di emissione di raggi X molli con un'ampiezza di circa 13 gradi, situata in direzione del braccio di spirale locale. Questa struttura estesa potrebbe essere il risultato di venti stellari cumulativi e supernove provenienti da vivai stellari vicini, oppure di un singolo evento catastrofico – un'ipernova. Utilizzando le capacità di HaloSat, sono stati osservati quattro campi non sovrapposti di 10 gradi di diametro all'interno della regione della CSB nella banda energetica 0,4-7 keV. L'analisi ha rivelato assorbimento e temperatura uniformi in tutti i campi, con medie ponderate rispettivamente di 6,1×10²¹ cm⁻² e 0,190 keV. Queste caratteristiche omogenee suggeriscono che la CSB sia un'entità coesa probabilmente originata da un singolo evento. L'energia termica totale della CSB è stimata in 4×10⁵² erg, basandosi su un modello fisico a guscio. Sono state esaminate le stime di assorbimento e distanza per le associazioni OB del Cigno, indicando che l'assorbimento della CSB si allinea maggiormente con quello di Cyg OB1, collocando la CSB a una distanza comparabile di 1,1-1,4 kpc.
1. Introduzione
La Superbolla del Cigno (CSB) fu identificata per la prima volta nel 1980 attraverso osservazioni del satellite HEAO 1, che rivelarono una struttura estesa di raggi X molli vicino al piano galattico nella costellazione del Cigno. Questa scoperta collegò strutture precedentemente osservate nell'infrarosso, ottico e radio nella stessa regione, collettivamente denominate CSB. Le misurazioni iniziali di Cash et al. (1980) indicarono che l'emissione di raggi X si estende per 13 gradi nel cielo, corrispondenti a un diametro fisico di circa 450 pc a una distanza stimata di 2 kpc, derivata da misurazioni di assorbimento. L'apparente forma a ferro di cavallo della CSB è in gran parte un artefatto causato dall'interposta Fenditura del Cigno (nota anche come Sacchi di Carbone Settentrionali o Grande Fenditura del Cigno), una consistente nube di polvere che oscura la regione centrale della bolla.
Attorno alla CSB si trovano nove associazioni OB, inclusa la prominente associazione Cigno OB2. Cigno OB2 è nota per ospitare oltre 100 stelle di tipo O, rendendola la più grande concentrazione di tali stelle e la più massiccia associazione stellare giovane rilevata nella nostra galassia (Knödlseder, 2000). La linea di vista verso la CSB si allinea con il braccio di spirale locale, risultando nella sovrapposizione di molteplici oggetti astronomici. Questo allineamento complica la determinazione se le strutture osservate siano entità discrete o compositi di più oggetti sovrapposti. Misure di distanza contrastanti per varie regioni della bolla hanno ulteriormente oscurato la comprensione della natura precisa della CSB.
Gli studi di distanza spesso si basano su misurazioni di assorbimento, parametrizzate dalla densità colonnare totale dell'idrogeno (N_H). Distanze maggiori tipicamente correlano con un assorbimento aumentato a causa del materiale galattico interposto. Per la CSB, misurazioni contrastanti di N_H hanno supportato sia origini strutturali composite che discrete. Uyaniker et al. (2001) hanno riportato valori di N_H variabili in diverse regioni della CSB, suggerendo una natura composita dipendente dalla linea di vista lungo il braccio di spirale. Al contrario, Kimura et al. (2013) hanno trovato valori di N_H consistenti attraverso la CSB, supportando l'interpretazione di una struttura unificata.
Se la CSB è effettivamente una struttura unificata, spiegare le sue immense dimensioni presenta delle sfide. Cash et al. (1980) hanno stimato che l'energia termica totale della CSB superi 6×10⁵¹ erg per una distanza di 2 kpc, favorendo un'origine che coinvolga una serie di 30-100 supernove piuttosto che un singolo evento. Tuttavia, un'origine da evento singolo richiederebbe una supernova eccezionalmente potente, nota come ipernova (Paczyński, 1998). Esistono evidenze osservative per ipernove, come SN1998bw, che ha mostrato un'energia cinetica iniziale di 2-5×10⁵² erg – un ordine di grandezza maggiore delle supernove tipiche – e potrebbe aver avuto origine da una stella progenitrice di circa 40 masse solari (Iwamoto et al., 1998). Questo intervallo energetico è comparabile a quello osservato nella CSB, sollevando la possibilità di un'origine ipernova. In alternativa, la CSB potrebbe risultare da una combinazione di multiple supernove e venti stellari provenienti da stelle massicce nelle vicine associazioni OB.
2. Osservazioni e Metodologia
Questo studio utilizza dati da HaloSat, un telescopio a raggi X basato su CubeSat progettato per mappare lo sfondo di raggi X molli e studiare sorgenti estese di raggi X. HaloSat ha osservato quattro campi non sovrapposti all'interno della regione della CSB, ciascuno con un diametro di 10 gradi, coprendo la banda energetica di 0,4-7 keV. Le osservazioni miravano a caratterizzare l'uniformità spaziale dell'emissione di raggi X, dell'assorbimento e della temperatura della CSB.
Il processo di riduzione dei dati ha coinvolto procedure standard per l'astronomia a raggi X, inclusi filtraggi per periodi di alto fondo, correzioni per effetti strumentali e sottrazione dei contributi di fondo. L'analisi spettrale è stata eseguita utilizzando XSPEC, con modelli che tengono conto delle componenti di primo piano e di fondo. L'obiettivo principale era misurare la densità colonnare dell'idrogeno (N_H) e la temperatura (kT) dell'emissione al plasma della CSB.
Per stimare l'energia termica totale della CSB, è stato adottato un modello fisico a guscio, assumendo una struttura sferica con un raggio derivato dalla dimensione angolare e dalle stime di distanza. Il calcolo dell'energia ha integrato la luminosità dei raggi X osservata sul volume della bolla, tenendo conto del plasma