Пульсарные туманности в оптическом и инфракрасном диапазонах тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.03.02, кандидат физико-математических наук Зюзин, Дмитрий Александрович

• Зюзин, Дмитрий Александрович
• кандидат физико-математических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Зюзин, Дмитрий Александрович

Введение

1 Методические вопросы исследования пульсарных туманностей в оптическом и инфракрасном диапазонах

1.1 Телескопы, приборы и методы наблюдений, использовавшиеся в данной работе

1.1.1 Оптические телескопы NOT (Nordic Optical Telescope) и VLT (Very Large Telescope)

1.1.2 Космический телескоп им. Хаббла (HST).

1.1.3 Инфракрасный орбитальный телескоп Spitzer.

1.1.4 Инфракрасный орбитальный телескоп AKARI.

1.1.5 Рентгеновская обсерватория Chandra.

1.2 Редукция фотометрических данных.

1.2.1 Первичная редукция

1.2.2 Астрометрическая привязка «прямых» изображений.

1.2.3 Фотометрическая калибровка.

1.2.4 Космический телескоп им. Хаббла.

2 Пульсар J0205+6449 и его пульсарная туманность в остатке сверхновой ЗС

2.1 Введение

2.2 Идентификация пульсарной туманности в остатке сверхновой ЗС58 в оптическом и ИК диапазонах с помощью NOT и Spitzer.

2.2.1 Наблюдения и обработка данных.

2.2.2 Результаты.

2.3 Последующие наблюдения пульсарной туманности в остатке сверхповой ЗС

58 с помощью NOT и AKARI

2.3.1 Наблюдения

2.3.2 Торообразная часть пульсарной туманности.

2.3.3 Плерион.

2.3.4 Пульсар PSR J0205+

Заключение диссертации по теме «Астрофизика, радиоастрономия», Зюзин, Дмитрий Александрович

4.4 Заключение

Представлены результаты прямых и поляризационных наблюдений пульсара PSR В0540—69.3 и его сильно-переменной туманности в оптическом диапазоне. Изображения с высоким пространственным разрешением получены с помощью космического телескопа им. Хаббла. Эти изображения были сопоставлены с рентгеновскими данными, полученными обсерваторией Chandra.

Произведена оптическая фотометрия отдельных частей пульсарной туманности. В частности, была изучена яркая область туманности к юго-западу от пульсара, где в 1999 году наблюдался яркий сгусток излучения.

Была построена поляризационная карта излучения пульсарной туманности в оптическом диапазоне. Эти данные показывают, что поляризационные свойства излучения заметно варьируются в той области пространства, где находился сгусток, в 1999 году, что является аргументом в пользу некоторого локального процесса выделения энергии. Несколько других точек, расположенных на оси пульсар-сгусток, демонстрируют аналогичные изменения поляризационных свойств, что является указанием на недавние или более слабые случаи локального выделения энергии.

Была произведена рентгеновская спектроскопия отдельных частей пульсарной туманности. Рентгеновский спектр описывается наилучшим образом, если предположить наличие на луче зрения дополнительного кислорода, помимо кислорода межзвёздного газа в БМО и Млечном Пути. Этот дополнительный кислород связан с богатым кислородом остатком сверхновой. Взяв необходимое количество дополнительного кислорода, получаем массу предсверхновой в диапазоне 20-25 М0, что соответствует верхнему диапазону масс прародителя сверхновой типа Пр и согласуется со спектральными наблюдениями остатка сверхновой в оптическом [Serafimovich et al., 2004], инфракрасном [Williams et al., 2008] и рентгеновском диапазонах [Park et al., 2010].

С учётом этого найден фотонный индекс рентгеновского спектра пульсара (Г = 1.74 ± 0.01) и колонковая плотность вещества N§nr в родительском остатке сверхновой. Построена карта рентгеновского фотонного индекса туманности (Рис. 4.10), показывающая укручение спектра излучения при удалении от пульсара. Яркий сгусток хорошо выделяется на этой карте и характеризуется максимально жестким спектром по сравнению со всей туманностью и пульсаром.

В рентгеновском диапазоне, спектр становится более крутым при удалении от сгустка, причем показатель спектра меняется быстрее в направлении ортогональном направлению пульсар-сгусток, чем вдоль этого направления. Это может означать, что энергия впрыскивается в пульсарную туманность главным образом вдоль направления пульсар-сгусток и затем передается филаментам туманности посредством ударных волн, что согласуется с поляризационными оптическими наблюдениями туманности.

Также был построен многоволновой спектр этого сгустка от оптического до рентгеновского диапазона (Рис. 4.12, вверху). Показано, что оптический и рентгеновский спектральные индексы сильно отличаются и равны = 1.35 ± 0.25 и а^ = 0.65 ± 0.04, соответственно. Вместе с тем, в среднем, плотность оптического потока на уровне 2сг сопоставима с экстраполяцией рентгеновского спектра в области низких частот. Отметим, что спектр всей туманности в оптическом/ИК и рентгеновском диапазонах также нельзя описать единым степенным законом (Рис. 4.12, внизу). жесткий спектр по сравнению с остальными частями туманности.

8. Полученные результаты удваивают число пульсарных туманностей, отождествленных в оптическом и инфракрасном диапазонах. Наличие двойного излома между оптическим и рентгеновским диапазонами в спектрах 3-х из 4-х отождествленных туманностей делают эту особенность достаточно распространенной, что необходимо учитывать при построении теоретических моделей данных объектов.

Выражаю благодарности всем соавторам совместных публикаций за плодотворное сотрудничество, A.A. Даниленко и П.С. Штернину за помощь в оформлении диссертации, а также всем сотрудникам сектора теоретической астрофизики. Я особо благодарен своему научному руководителю Ю.А. Шибанову.

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Зюзин, Дмитрий Александрович, 2011 год

1. Anders, E., Grevesse, N. 1989, Geochim. Cosmochim. Acta, 53, 197

2. Becker, R., Helfand, D., & Szymkoviek, A., 1982, ApJ, 255, 537

3. Benjamini, Y., Hochberg, Y. 1995, J. R. Stat. Soc. B, 57, 289

4. Bessell, M. S. 1990, PASP, 102, 1181

5. Bietenholz, M., Kassim, N., Weiler, K. 2001, ApJ, 360, 772

6. Bietenholz, M., 2006, ApJ, 645, 1180

7. Bijaoui, A., Rué, F. 1995, Signal Proc. 46, 229

8. Biretta, J., McMaster, M. 1997, Instrument Science Report WFPC2 97-11 Bohlin R.C., Savage B.D., Drake, J.F. 1978, ApJ, 224, 132

9. Blinnikov, S., Lundqvist, P., Bartunov, O., Nomoto, K. & Iwamoto, K. 2000, ApJ, 532, 1132

10. Braun, R., Goss, W. M., Danziger, I. J., & Boksenberg, A. 1983, in Supernova Remnants and Their X-Ray Emission (IAU Symposium 101), ed. J. Danziger & P. Gorenstein, (Dordrecht: Reidel), p. 159.

11. Clark, D. H., Tuohy, I. R., Dopita, M. A., et al. 1982, ApJ, 255, 440

12. Camilo, F., Stairs, I.H., Lorimer, D.R., et al. 2002, ApJ, 571, L41

13. Camilo, F., Manchester, R. N., Gaensler, B. M., et al. 2002, ApJ, 567, L71

14. Camilo, F., Kaspi, V. M., Lyne, A. G., Manchester, R. N., Bell, J. F., D'Amico, N., McKay, N. P. F., & Crawford, F. 2000, ApJ, 541, 367

15. Caraveo, P. A., Mignani, R. P., De Luca, A., et al. 2000, in A decade of HST science, eds. Mario Livio et al. (Baltimore) 105, astro-ph/0009035.

16. Cardelli, J. A., Clayton, G. C., Mathis, J. S. 1989, ApJ, 345, 245

17. Chanan, G.A., k Helfand, D.J. 1990, ApJ, 352, 167

18. Chanan, G.A., Helfand, D.J., & Reynolds, S.P. 1984, ApJ, 287, L23118

19. Chevalier, R. 2004, ApJ, 619, 839 Chevalier, R. 2005, ApJ, 619, 839 Chevalier, R. A. 2006, astro-ph/0607422 Davis, J.E. 2001, ApJ, 562, 575

20. De Luca, A., Mignani, R. R, Caraveo, R A., Bignami, G. F. 2007, ApJ, 667, 77

21. Dickel, J., R., Mulligan, M., C., Klinger, R., J. et al. 2002, Neutron Stars in Supernova Remnants, ASP Conf. Series, 271, 195, Eds. Slane, P., O., Gaensler, B.

22. Fesen, R. 1983, ApJ, 270, L53

23. Fesen, R., Kirshner, R., & Becker, R, 1988, IAU Colloq. 101: Supernova Remnants and the Interstellar Medium, 55

24. Fesen, R., Rudie, G., Hurford, A., & Soto, A. 2008, ApJS, 174, 379

25. Fleishman, G.D. & Bietenholz, M.F. 2007, MNRAS, 376, 625

26. Frail, D. A.& Moffett, D. A. 1993, ApJ, 408, 637

27. Frail, D. A., Giacani, E. B., Goss, W. M., & Dubner, G. 1996, ApJ, 464, L165. Flaherty, K. M., Pipher, J.L., Megeath, S.T. et al. 2007, ApJ, 663, 1069 Frayer D.T. et al. 2006, ApJ, 647, L9

28. Fukugita, M., Shimasaku, K., Ichikawa, T. 1995, PASP, 107, 945

29. Gaensler, B. M. 2001, in Young Supernova Remnants (AIP Conference Proceedings Volume 565), ed. S. S. Holt & U. Hwang, (New York: AIP), p. 295.

30. Gaensler, B. M., Arons, J., Kaspi, V.M., Pivovaroff, M.J., Kawai, N. 2002, ApJ, 569, 878

31. Gaensler, B.M., & Wallace, B. J. 2003, ApJ, 594, 326

32. Gonzales, M. & Safi-Harb, S. 2003, ApJ, 583, L91.

33. Gotthelf, E. V., & Wang, Q. D. 2000, ApJ, 532, L117

34. Green, D. A. k Scheuer, P. A. G. 1992, MNRAS, 258, 833.

35. Green, D. A. 1994, ApJS, 90, 817

36. Gröningsson, P., Fransson, C., Lundqvist, P. et al. 2008, A&A, 479, 761 Hester, J. J., Mori, K.„ Burrows, D. et al. 2002, ApJ, 577, 49 Hester, J. J. 2008, ARA&A, 46, 127

37. Hughes, J. P., Slane, P. 0., Burrows, D. N. Garmire, G. 2001, ApJ, L153

38. Hughes, J. P., Slane, P. O., Park, S., et al. 2003, ApJ, 591, L139119

39. Hunt, L. K., Mannucci, F., Testi, L., et al., 1998, AJ, 115, 2594

40. Henize, K. G. 1956, ApJS, 2, 315

41. Hwang, U., Holt, S., & Petre, R. 2000, ApJ, 537, L1191.debetouw, R., Mathis, J.J., Babler, B.L. et al., 2005, ApJ, 619, 931

42. Jeffery, D. J. 1991, ApJS, 77, 405

43. Kalberla, P.M.W., Burton, W.B., Hartmann, D., et al., 2005, A&A, 440, 775 Kaplan, D. L., Chatterjee, S., Gaensler, B. M., Anderson, J. 2008, ApJ, 677, 1201 Kirshner, R. P., Morse, J. A., Winkler, P. F., Blair, W. P. 1989, ApJ, 342, 260

44. Marne, A.E. 1968, MNRAS, 139, 4611.ng, K.S., & Helfand, D.J. 1979, ApJ, 234, L771.ndqvist, P., Fransson, C. 1996, ApJ, 464, 942

45. Mignani, R.P. 2005, Proc. of "The Electromagnetic Spectrum of Neutron Stars eds. A. Baykal et al., Springer 210, 133

46. Mignani, R.P., Pavlov, G.G, k Kargaltsev, O. 2008, arXiv:0805.2586120

47. Mignani, R.P., 2011, AdSpR, 47, 1281M

48. Manchester, R. N., Durdin, J. M., & Newton, L. M. 1985, Nature, 313, 374. Murdin, R & Clark, D. H. 1979, MNRAS, 189, 501.

49. Murray, S. S., Slane, R 0., Seward, F. D., Ransom, S. M., & Gaensler, B. M. 2002, ApJ, 568, 226.

50. Mattila, S., Lundqvist, P., Gröningsson, R, Meikle, P. et al. 2010, sibmitted to ApJ, arXiv:1002.4195

51. Melatos, A., Scheltus, D., Whiting, M. T., Eikenberry, S. S. et al. 2005, ApJ, 633, 931

52. Middleditch, R., N., Pennypacker, C., R., Burns, M., S. 1987, ApJ, 315, 142

53. Mignani, R. P., Sartori, A., De Luca, A., et al. 2010, astro-ph/1003.0786

54. Mori, K., Burrows, D. N., Hester, J. J. 2004, ApJ, 609, 186

55. Morse, J. A., Smith, N., Blair, W. P., Kirshner, R. P. et al. 2006, ApJ, 644, 188

56. Milne, J.K., Caswell, J.L., & Haynes, R.F. 1980, MNRAS, 191, 469

57. Mathewson, D.S., Dopita, M.A., Tuohy, I.R., Ford, V.L., 1980, ApJ, 242, L73

58. Mathewson, D.S., & Clarke, J.N. 1973, ApJ, 180, 725

59. Nomoto, K., Hashimoto, M. 1988, Phys. Rep., 163, 13

60. Pacini, F. & Salvati, M. 1973, ApJ, 186, 249.

61. Panagia, N. 2005 in the Proceedings of IAU Colloquium 192: Supernovae (10 years of SN1993J), eds. J.M. Marcaide & K.W. Weiler (Springer Verlag), v.99, p. 585 astro-ph/0309416.

62. Park, S., Hughes, J.P., Slane, P.O., Burrows, D.N., Gaensler, B.M., Ghavamian P. 2007, ApJ, 670, L121

63. Park, S., Hughes, J.P., Slane, P.O., Mori, K., Burrows, D.N. 2010, ApJ, 710, 948

64. Petre, R., Hwang, U., Holt, S. S., et al. 2007, ApJ, 662, 997

65. Predehl, P. & Schmitt, J.H.M.M. 1995, A&A, 293, 889

66. Ray, P. S., Kerr, M., Parent, D., Abdo, A. A. et al. 2011, ApJS, 194, 17

67. Rudie, G. C. & Fesen, R. A. 2007, RMxAC, 30, 90

68. Riess, A., 2000, Instrument Science Report WFPC2, 04

69. Reynolds, S. P. & Chevalier, R. A. 1984, ApJ, 278, 630.

70. Schlegel, D. J., Finkbeiner, D. P., Davis, M. 1998, ApJ, 500, 525

71. Shearer, A. k Neustroev, V. V., 2008, MNRAS, 390, 235S121

72. Shibanov, Yu.A., Koptsevich, A.B., Sollerman, J., Limdqvist, P. 2003, A&A, 406, 645

73. Slane, P., Helfand D.J., & Murray, S.S. 2002, ApJ, 571, L45

74. Slane, P., Helfand D.J., van der Swaluw, E. & Murray, S.S. 2004, ApJ, 616, 403

75. Slane, P. 2007, conference proceedings, "Astrophysics of Compact Objects,"2007, Huangshan, China (astro-ph:0711.1002)

76. Slane, P. 2011, heep.conf, 373

77. Slane, P., Helfand, D. J., Reynolds. S.P., et al. 2008, ApJ, 676, L33

78. Sollerman, J. 2003, A&A, 406, 639

79. Stephenson, F., & Green, D. 2002,

80. Historical Supernovae and their Remnants (Oxford, Clarendon)

81. Sandberg, A., Sollerman, J. 2009, A&A, 504, 525

82. Slane, P., High-Energy Emission from Pulsars and their Systems, Astrophysics and Space Science Proceedings, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2011, p. 373

83. Slane, P., HIGH ENERGY GAMMA-RAY ASTRONOMY: Proceedings of the 4th International Meeting on High Energy Gamma-Ray Astronomy. AIP Conference Proceedings, vol. 1085, pp. 120-128 (2008)

84. Seward, F.D., Harnden, F.R., & Helfand, D.J. 1984, ApJ, 287, L19

85. Saio, H., Nomoto, K., Kato, M. 1988, Nature, 334, 508

86. Serafimovich N. I., Lundqvist, P., Shibanov, Yu. A., Sollerman, J. 2005, AdSpR, 35, 1106 Shigeyama, T., Nomoto, K. 1990, ApJ, 360, 242

87. Safi-Harb, S. & Gonzalez, M.E. 2002, in: "X-rays at Sharp Focus": Chandra Science Symp. ASP Comf. Series Vol 262, eds. E. Schlegel and S.D. Vrtilek

88. Tanabe, T., Sakon, I., Cohen, M., et al., 2008, PAS J, 60, 375

89. Tavani, M. et al., 2011, Science, 331, 736

90. Temim, T., Gehrz, R. D., Woodward, C. E. et al. 2006, AJ, 132, 1610

91. Temim, T., Gehrz, R. D., Woodward, C. E. et al. 2009, AJ, 137, 5155

92. T^iamtzis, A., Schirmer, M., Lundqvist, P., Sollerman, J. 2009, AAP, 497, 167122

93. Torii, K., Slane, P.O., Kinugasa, K., Hashimotodani, K., Tsunemi, H. 2000, PASJ, 52, 875van den Bergh, S. 1978, ApJ, 220, L9

94. Veron-Cetty, M. P., & Woltjer, P. 1993, ApJ, 270, 370

95. Weiler, K. & Seielstad, G. 1971, ApJ, 163, 455

96. Weiland, J. L., Odegard, N., Hill, R. S., et al., 2011, ApJS, 192, 19W

97. Winkler, P.F., Long, K.S. 2006, AJ, 132, 360

98. Wagner, S., J., Seifert, W. 2000, Pulsar astronomy 2000 and beyond ASP Conf. ser., Kramer, M., Wex, N., Wielebinski, R. eds., 202, 315

99. Weisskopf, M. C., Hester, J. J., Tennant, A. F. 2000, ApJ, 536L, 81

100. Williams, B. J. 2010, PhD Thesis (North Carolina State University, Raleigh) arXiv: 1005.1296. Wilms, J., Allen, A., McCray, R. 2000, ApJ, 542, 914

101. Williams, B. J., Borkowski, K. J., Reynolds, S. P. et al. 2008, ApJ, 687, 1054

102. Woltjer, L., Salvati, M., Pacini, F., & Bandiera, R. 1997, A&A, 325, 295.

103. Zavlin, V. E., Pavlov, G. G. 2004, ApJ, 616, 452

104. Zharikov, S., Shibanov, Yu., Koptsevich, A. et al. 2002, A&A, 394, 633

105. Zharikov, S., Shibanov, Yu., Mennickent R., et al. 2004, A&A, 417, 1017

106. Zharikov, S., Shibanov, Yu., Komarova, V. 2006, AdSpR, 37, 1979

107. Zharikov, S., Shibanov, Yu., Mennickent R., & Komarova, V. 2008, A&A, 479, 793

108. Zharikov, S., Shibanov, Yu., Zyuzin D.A. et al. 2008, A&A, 492, 805