요약
백조자리 초거품(CSB)은 국부 나선팔 방향에 위치한 약 13도 폭의 중요한 연X선 방출 영역을 나타냅니다. 이 광범위한 구조는 인근 항성 탄생지에서 발생한 누적적 항성풍과 초신성 폭발, 또는 단일한 대규모 천문 현상인 하이퍼노바 중 하나의 결과일 수 있습니다. HaloSat의 관측 능력을 활용하여 CSB 영역 내 중첩되지 않는 4개의 10도 직경 관측 영역을 0.4-7 keV 에너지 대역에서 관측했습니다. 분석 결과 모든 관측 영역에서 일관된 흡수량과 온도가 확인되었으며, 가중 평균값은 각각 6.1×10²¹ cm⁻²와 0.190 keV였습니다. 이러한 균일한 특성들은 CSB가 단일 사건에서 기원한 응집적 개체일 가능성을 시사합니다. CSB의 총 열에너지는 껍질 형태의 물리적 모델을 기반으로 약 4×10⁵² erg으로 추정됩니다. 백조자리 OB 성협에 대한 흡수량과 거리 추정치를 검토한 결과, CSB의 흡수량은 Cyg OB1의 값과 가장 유사하게 나타나 CSB가 1.1-1.4 kpc의 유사한 거리에 위치함을 시사합니다.
1. 서론
백조자리 초거품(CSB)은 1980년 HEAO 1 위성 관측을 통해 처음 확인되었으며, 백조자리 방향 은하면 근처에서 확장된 연X선 구조로 발견되었습니다. 이 발견은 동일한 영역에서 이전에 관측된 적외선, 광학 및 전파 구조들과 연관되어 총체적으로 CSB로 명명되었습니다. Cash 등(1980)의 초기 측정에 따르면 X선 방출은 하늘에서 13도 범위에 걸쳐 있으며, 흡수 측정으로부터 추정된 2 kpc 거리에서 약 450 pc의 물리적 직경에 해당합니다. CSB의 겉보기 편자 모양은 대부분 백조자리 틈새(북쪽 석탄자루 또는 백조자리 대균열로도 알려짐)라는 중간에 위치한 먼지 구름에 의해 가려진 기하학적 인공产物입니다.
CSB를 둘러싸고 9개의 OB 성협이 있으며, 그중 두드러진 백조자리 OB2 성협이 있습니다. 백조자리 OB2는 100개 이상의 O형 별을 보유한 것으로 유명하며, 이는 우리 은하에서 검출된 가장 큰 O형 별 집단이자 가장 무거운 젊은 항성 성협입니다(Knödlseder, 2000). CSB를 향한 시선 방향은 국부 나선팔과 일치하여 여러 천체들의 중첩이 발생합니다. 이러한 정렬로 인해 관측된 구조들이 개별 개체인지 아니면 여러 중첩된 천체들의 복합체인지 판단이 복잡해집니다. 거품의 다양한 영역에 대한 상충되는 거리 측정값들은 CSB의 정확한 성격에 대한 이해를 더욱 어렵게 했습니다.
거리 연구는 흔히 총 수소 칼럼 밀도(N_H)로 매개변수화된 흡수 측정에 의존합니다. 더 먼 거리일수록 중간에 위치한 은하계 물질로 인해 흡수량이 일반적으로 증가합니다. CSB의 경우 상충되는 N_H 측정값들이 복합 구조와 개별 구조 기원 모두를 지지해 왔습니다. Uyaniker 등(2001)은 CSB의 다른 영역들에서 다양한 N_H 값을 보고하며, 나선팔을 따라 시선 방향에 의존하는 복합적 성격을 제안했습니다. 이와 대조적으로 Kimura 등(2013)은 CSB 전역에서 일관된 N_H 값을 발견하여 통합 구조 해석을 지지했습니다.
CSB가 실제로 통합 구조라면, 그 거대한 크기를 설명하는 데 어려움이 있습니다. Cash 등(1980)은 2 kpc 거리에서 CSB의 총 열에너지가 6×10⁵¹ erg을 초과한다고 추정했으며, 단일 사건보다는 30-100회의 초신성 폭발 연속체를 통한 기원을 지지했습니다. 그러나 단일 사건 기원은 하이퍼노바(Paczyński, 1998)로 알려진 예외적으로 강력한 초신성을 필요로 합니다. 하이퍼노바에 대한 관측적 증거로는 초기 운동에너지가 2-5×10⁵² erg으로 일반 초신성보다 한 차원 높았으며 약 40 태양질량의 전구체 별에서 기원한 것으로 추정되는 SN1998bw와 같은 사례가 있습니다(Iwamoto 등, 1998). 이 에너지 범위는 CSB에서 관측된 값과 비슷하여 하이퍼노바 기원 가능성을 제기합니다. 또는 CSB는 인근 OB 성협의 대질량 별들에서 발생한 여러 초신성과 항성풍의 조합 결과일 수도 있습니다.
2. 관측 및 방법론
본 연구는 연X선 배경을 매핑하고 확장 X선원을 연구하기 위해 설계된 큐브샛 기반 X선 망원경인 HaloSat의 데이터를 활용합니다. HaloSat는 CSB 영역 내 중첩되지 않는 4개의 관측 영역(각 직경 10도)을 0.4-7 keV 에너지 대역에서 관측했습니다. 이 관측들은 CSB의 X선 방출, 흡수 및 온도의 공간적 균일성을 규명하는 것을 목표로 했습니다.
데이터 처리 과정에는 고배경 기간 필터링, 기기 효과 보정, 배경 기여도 제거를 포함한 X선 천문학의 표준 절차가 적용되었습니다. 스펙트럼 분석은 XSPEC를 사용하여 수행되었으며, 전경 및 배경 구성 요소를 고려한 모델을 적용했습니다. 주요 초점은 CSB 플라즈마 방출의 수소 칼럼 밀도(N_H)와 온도(kT) 측정에 맞춰졌습니다.
CSB의 총 열에너지를 추정하기 위해 각진 크기와 거리 추정치로부터 도출된 반경을 가진 구형 구조를 가정하는 껍질 형태 물리적 모델을 채택했습니다. 에너지 계산은 관측된 X선 광도를 거품 부피에 걸쳐 적분하며 플라즈마