Resumo
A Superbolha de Cygnus (CSB) representa uma região significativa de emissão de raios-X moles com aproximadamente 13 graus de largura, localizada na direção do braço espiral local. Esta estrutura extensa resulta potencialmente de ventos estelares cumulativos e supernovas de berçários estelares próximos ou de um evento catastrófico singular - uma hipernova. Utilizando as capacidades do HaloSat, foram observados quatro campos não sobrepostos de 10 graus de diâmetro na região da CSB através da banda de energia de 0,4-7 keV. A análise revelou absorção e temperatura consistentes em todos os campos, com médias ponderadas de 6,1×10²¹ cm⁻² e 0,190 keV, respectivamente. Estas características uniformes sugerem que a CSB é uma entidade coesa provavelmente originária de um evento único. A energia térmica total da CSB é estimada em 4×10⁵² erg, com base num modelo físico de concha. Foram examinadas estimativas de absorção e distância para associações OB de Cygnus, indicando que a absorção da CSB se alinha mais proximamente com a de Cyg OB1, posicionando a CSB a uma distância comparável de 1,1-1,4 kpc.
1. Introdução
A Superbolha de Cygnus (CSB) foi identificada pela primeira vez em 1980 através de observações do satélite HEAO 1, revelando uma estrutura extensa de raios-X moles próximo ao plano galáctico na constelação de Cygnus. Esta descoberta ligou estruturas previamente observadas em infravermelho, óptico e rádio na mesma região, coletivamente denominadas CSB. Medições iniciais de Cash et al. (1980) indicaram que a emissão de raios-X abrange 13 graus do céu, correspondendo a um diâmetro físico de aproximadamente 450 pc a uma distância estimada de 2 kpc, derivada de medições de absorção. A aparente forma de ferradura da CSB é largamente um artefato causado pela interveniente Fenda de Cygnus (também conhecida como Saco de Carvão Norte ou Grande Fenda de Cygnus), uma nuvem de poeira substancial que obscurece a região central da bolha.
Rodeando a CSB estão nove associações OB, incluindo a proeminente associação Cygnus OB2. Cygnus OB2 é notável por abrigar mais de 100 estrelas do tipo O, tornando-a a maior concentração de tais estrelas e a associação estelar jovem mais massiva detectada na nossa galáxia (Knödlseder, 2000). A linha de visão em direção à CSB alinha-se com o braço espiral local, resultando na superposição de múltiplos objetos astronômicos. Este alinhamento complica a determinação de se as estruturas observadas são entidades discretas ou compostos de múltiplos objetos sobrepostos. Medições de distância conflitantes para várias regiões da bolha obscureceram ainda mais a compreensão da natureza precisa da CSB.
Estudos de distância frequentemente dependem de medições de absorção, parametrizadas pela densidade colunar total de hidrogênio (N_H). Maiores distâncias tipicamente correlacionam-se com aumento de absorção devido ao material galáctico interveniente. Para a CSB, medições conflitantes de N_H apoiaram tanto origens estruturais compostas quanto discretas. Uyaniker et al. (2001) reportaram valores variáveis de N_H através de diferentes regiões da CSB, sugerindo uma natureza composta dependente da linha de visão ao longo do braço espiral. Em contraste, Kimura et al. (2013) encontraram valores consistentes de N_H através da CSB, apoiando a interpretação de uma estrutura unificada.
Se a CSB é de fato uma estrutura unificada, explicar seu tamanho imenso apresenta desafios. Cash et al. (1980) estimaram que a energia térmica total da CSB excede 6×10⁵¹ erg para uma distância de 2 kpc, favorecendo uma origem envolvendo uma série de 30-100 supernovas em vez de um evento único. No entanto, uma origem de evento singular necessitaria uma supernova excepcionalmente poderosa, conhecida como hipernova (Paczyński, 1998). Evidências observacionais para hipernovas existem, como SN1998bw, que exibiu uma energia cinética inicial de 2-5×10⁵² erg - uma ordem de magnitude maior que supernovas típicas - e pode ter originado de uma estrela progenitora de aproximadamente 40 massas solares (Iwamoto et al., 1998). Esta faixa de energia é comparável à observada na CSB, levantando a possibilidade de uma origem hipernova. Alternativamente, a CSB poderia resultar de uma combinação de múltiplas supernovas e ventos estelares de estrelas massivas em associações OB próximas.
2. Observações e Metodologia
Este estudo emprega dados do HaloSat, um telescópio de raios-X baseado em CubeSat projetado para mapear o fundo de raios-X moles e estudar fontes estendidas de raios-X. O HaloSat observou quatro campos não sobrepostos na região da CSB, cada um com diâmetro de 10 graus, cobrindo a banda de energia de 0,4-7 keV. As observações visaram caracterizar a uniformidade espacial da emissão de raios-X, absorção e temperatura da CSB.
O processo de redução de dados envolveu procedimentos padrão para astronomia de raios-X, incluindo filtragem para períodos de alto fundo, correção para efeitos instrumentais e subtração de contribuições de fundo. A análise espectral foi realizada usando XSPEC, com modelos considerando componentes de primeiro plano e fundo. O foco principal foi medir a densidade colunar de hidrogênio (N_H) e temperatura (kT) da emissão de plasma da CSB.
Para estimar a energia térmica total da CSB, foi adotado um modelo físico de concha, assumindo uma estrutura esférica com raio derivado do tamanho angular e estimativas de distância. O cálculo de energia integrou a luminosidade de raios-X observada sobre o volume da bolha, considerando o plasma