Аннотация
Сверхпузырь Лебедя (СПЛ) представляет собой значительную область мягкого рентгеновского излучения шириной приблизительно 13 градусов, расположенную в направлении локального спирального рукава. Эта обширная структура может быть результатом либо совокупного воздействия звёздных ветров и сверхновых из близлежащих звёздных яслей, либо единичного катастрофического события — гиперновой. Используя возможности аппарата HaloSat, были проведены наблюдения четырёх неперекрывающихся полей диаметром 10 градусов в области СПЛ в энергетическом диапазоне 0.4–7 кэВ. Анализ выявил согласованные поглощение и температуру по всем полям с усреднёнными значениями 6.1×10²¹ см⁻² и 0.190 кэВ соответственно. Эти однородные характеристики позволяют предположить, что СПЛ является целостным образованием, вероятно, возникшим в результате единичного события. Полная тепловая энергия СПЛ оценивается в 4×10⁵² эрг на основе модели оболочечной физической структуры. Исследование поглощения и оценок расстояния до OB-ассоциаций Лебедя показало, что поглощение СПЛ наиболее точно соответствует показателям ассоциации Cyg OB1, что помещает СПЛ на сопоставимое расстояние 1.1–1.4 кпк.
1. Введение
Сверхпузырь Лебедя (СПЛ) был впервые идентифицирован в 1980 году по наблюдениям спутника HEAO 1, выявившим протяжённую структуру мягкого рентгеновского излучения вблизи галактической плоскости в созвездии Лебедя. Это открытие связало ранее наблюдавшиеся в том же регионе инфракрасные, оптические и радиоструктуры, совокупно названные СПЛ. Первоначальные измерения Кэша и др. (1980) показали, что рентгеновское излучение охватывает 13 градусов небесной сферы, что соответствует физическому диаметру приблизительно 450 пк при оценочном расстоянии 2 кпк, определённом по измерениям поглощения. Видимая подковообразная форма СПЛ в значительной степени является артефактом, вызванным вмещающейся Тёмной туманностью Лебедя (также известной как Северный Угольный Мешок или Великий Разлом Лебедя) — значительным пылевым облаком, скрывающим центральную область пузыря.
Вокруг СПЛ расположены девять OB-ассоциаций, включая prominentную ассоциацию Лебедь OB2. Лебедь OB2 примечательна тем, что содержит свыше 100 звёзд типа O, что делает её крупнейшим скоплением таких звёзд и самой массивной молодой звёздной ассоциацией, обнаруженной в нашей Галактике (Knödlseder, 2000). Луч зрения в направлении СПЛ совпадает с локальным спиральным рукавом, что приводит к наложению множества астрономических объектов. Это совпадение затрудняет определение того, являются ли наблюдаемые структуры дискретными образованиями или композитами множества наложенных объектов. Противоречивые измерения расстояний до различных областей пузыря дополнительно осложнили понимание точной природы СПЛ.
Исследования расстояний часто опираются на измерения поглощения, параметризованные общей плотностью столба водорода (N_H). Бóльшие расстояния, как правило, коррелируют с усиленным поглощением из-за вмещающего галактического материала. Для СПЛ противоречивые измерения N_H поддерживали как композитное, так и дискретное структурное происхождение. Уяникер и др. (2001) сообщили о варьирующихся значениях N_H в разных областях СПЛ, предполагая композитную природу, зависящую от луча зрения вдоль спирального рукава. В противоположность этому, Кимура и др. (2013) обнаружили согласованные значения N_H по всему СПЛ, что поддерживает интерпретацию единой структуры.
Если СПЛ действительно является единой структурой, то объяснение его огромных размеров представляет сложности. Кэш и др. (1980) оценили, что полная тепловая энергия СПЛ превышает 6×10⁵¹ эрг для расстояния 2 кпк, склоняясь к версии о происхождении, связанном с серией из 30–100 сверхновых, а не с единичным событием. Однако происхождение от единичного события потребовало бы исключительно мощной сверхновой, известной как гиперновая (Paczyński, 1998). Наблюдательные свидетельства существования гиперновых имеются, например, SN1998bw, которая продемонстрировала начальную кинетическую энергию 2–5×10⁵² эрг — на порядок больше, чем у типичных сверхновых — и могла произойти от звезды-предшественницы массой приблизительно 40 солнечных масс (Iwamoto et al., 1998). Этот энергетический диапазон сравним с наблюдаемым в СПЛ, что поднимает возможность гипернового происхождения. Альтернативно, СПЛ мог возникнуть в результате комбинации множественных сверхновых и звёздных ветров от массивных звёзд в близлежащих OB-ассоциациях.
2. Наблюдения и методология
В данном исследовании используются данные аппарата HaloSat, рентгеновского телескопа на базе CubeSat, предназначенного для картографирования фона мягкого рентгеновского излучения и изучения протяжённых рентгеновских источников. HaloSat наблюдал четыре неперекрывающихся поля в области СПЛ, каждое диаметром 10 градусов, покрывая энергетический диапазон 0.4–7 кэВ. Наблюдения были нацелены на характеристику пространственной однородности рентгеновского излучения, поглощения и температуры СПЛ.
Процесс обработки данных включал стандартные процедуры для рентгеновской астрономии, включая фильтрацию периодов с высоким фоном, коррекцию инструментальных эффектов и вычитание фоновых вкладов. Спектральный анализ выполнялся с использованием XSPEC с моделями, учитывающими передне- и фоновые компоненты. Основное внимание уделялось измерению плотности столба водорода (N_H) и температуры (kT) плазменного излучения СПЛ.
Для оценки полной тепловой энергии СПЛ была принята модель оболочечной физической структуры, предполагающая сферическую структуру с радиусом, выведенным из углового размера и оценок расстояния. Расчёт энергии интегрировал наблюдаемую рентгеновскую светимость по объёму пузыря с учётом плазмы