[論文レビュー] Multi-frequency observations of SNR J0453-6829 in the LMC; A composite supernova remnant with a pulsar wind nebula

F. Haberl, M. D. Filipović+8 more|MPG.PuRe (Max Planck Society)|Jun 25, 2012

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 46被引用数 7

ひとこと要約

本研究では、大マゼラン雲に位置するSNR J0453–6829の多周波数観測を報告し、脈動星風ネビュラ（PWN）を有する複合型超新星残骸であることを確認した。オーストラリア・テレビジョン・コンパクトアレイ（ATCA）からの新規電波データとアーカイブのXMM-Newton X線観測を用いて、PWNの電波スペクトル指数は平坦（α_core ≈ –0.04）であり、シェルの指数はやや急（α_shell ≈ –0.43）であることが判明した。X線スペクトル解析により、力学的年齢は12,000–15,000年であり、高密度の駆動質量（830 M⊙）を有しており、これは成熟した放射的段階に達した残骸と整合的である。

ABSTRACT

The Large Magellanic Cloud (LMC) is rich in supernova remnants (SNRs) which can be investigated in detail with radio, optical and X-ray observations. SNR J0453-6829 is an X-ray and radio-bright remnant in the LMC, within which previous studies revealed the presence of a pulsar wind nebula (PWN), making it one of the most interesting SNRs in the Local Group of galaxies. We study the emission of SNR J0453-6829 to improve our understanding of its morphology, spectrum, and thus the emission mechanisms in the shell and the PWN of the remnant. We obtained new radio data with the Australia Telescope Compact Array and analysed archival XMM-Newton observations of SNR J0453-6829. We studied the morphology of SNR J0453-6829 from radio, optical and X-ray images and investigated the energy spectra in the different parts of the remnant. Our radio results confirm that this LMC SNR hosts a typical PWN. The prominent central core of the PWN exhibits a radio spectral index alpha_Core of -0.04+/-0.04, while in the rest of the SNR shell the spectral slope is somewhat steeper with alpha_Shell = -0.43+/-0.01. We detect regions with a mean polarisation of P ~ (12+/-4)% at 6 cm and (9+/-2)% at 3 cm. The full remnant is of roughly circular shape with dimensions of (31+/-1) pc x (29+/-1) pc. The spectral analysis of the XMM-Newton EPIC and RGS spectra allowed us to derive physical parameters for the SNR. Somewhat depending on the spectral model, we obtain for the remnant a shock temperature of around 0.2 keV and estimate the dynamical age to 12000-15000 years. Using a Sedov model we further derive an electron density in the X-ray emitting material of 1.56 cm^-3, typical for LMC remnants, a large swept-up mass of 830 solar masses, and an explosion energy of 7.6 x 10^50 erg. These parameters indicate a well evolved SNR with an X-ray spectrum dominated by emission from the swept-up material.

研究の動機と目的

• 大マゼラン雲に位置する明るいX線および電波残骸であるSNR J0453–6829における多波長的形状と放射メカニズムを調査すること。
• 中心部の電波的に明るいコアの性質を特定し、スペクトルおよび偏光解析を通じて脈動星風ネビュラ（PWN）としての同定を確認すること。
• X線スペクトルフィッティングおよびSedovモデルを用いて、衝撃波温度、力学的年齢、電子密度、爆発エネルギーといった物理的パラメータを導出すること。
• 特に電波およびHα線の放射が強化されている西南部領域において、星間物質（ISM）の影響が残骸の形状に与える影響を評価すること。
• X線元素含有量の測定とスペクトルモデリングを通じて、超新星の種別および爆発歴史を評価すること。

提案手法

• 複数周波数でオーストラリア・テレビジョン・コンパクトアレイ（ATCA）を用いて、6 cmおよび3 cmの新規電波連続スペクトル観測を実施した。
• XMM-Newton EPICおよびRGSのアーカイブX線スペクトルを分析し、発光ラインおよび連続スペクトルの性質（温度、元素含有量など）を導出した。
• X線スペクトルを熱プラズマモデル（例：APEC）でフィッティングし、Sedovモデルと比較することで、衝撃波温度、電子密度、爆発エネルギーを推定した。
• 残骸全体にわたり、電波スペクトル指数（α = Sν ∝ να）を測定し、非熱的（PWN）および熱的（シェル）放射成分を区別した。
• 6 cmおよび3 cmでの偏光解析を実施し、電波放射領域における磁場構造および電子加速メカニズムを推定した。
• 電波、光学（MCELS）、赤外（Spitzer）データを相関させ、発光特徴とISM密度の変動との空間的関係を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 SNR J0453–6829の中心部に位置する電波的に明るいコアは、脈動星風ネビュラ（PWN）と整合的であるか。その非熱的放射を支持するスペクトル的および偏光的特性は何か。
• RQ2 SNR J0453–6829の力学的年齢は何か。進化段階およびエネルギー散逸の観点から、LMC内の他の超新星残骸と比較してどうなるか。
• RQ3 衝撃波が駆動した全質量は何か。この質量は、X線放射度および衝撃波温度とどのように関係しているか。
• RQ4 なぜ西南側の縁部で電波およびHα線の放射が強化されているのか。これは局所的なISM密度および磁場構造に何を示唆するか。
• RQ5 X線元素含有量は、核心崩壊型超新星とどの程度整合的であるか。この結果は、残骸の起源解釈にどのように影響を与えるか。

主な発見

• 中心部の電波コアは、α_core = –0.04 ± 0.04の平坦なスペクトル指数を示し、これは脈動星風ネビュラ（PWN）に特徴的なものであり、非熱的起源を確認するものである。
• SNRシェルのスペクトル指数はα_shell = –0.43 ± 0.01であり、相対論的電子によるシンチロトロン放射に起因する非熱的放射と整合的である。
• 残骸はほぼ円形の形状を示し、(31 ± 1) pc × (29 ± 1) pcのサイズを有する。6 cmでの平均偏光度は12%、3 cmでは9%であり、電波放射領域に秩序だった磁場が存在することを示唆している。
• X線スペクトルフィッティングにより、衝撃波温度は約0.2 keV、力学的年齢は12,000–15,000年と推定され、これは残骸が遅いSedov段階に位置していることを示している。
• Sedovモデルを用いた推定では、X線放射プラズマ内の電子密度は1.56 cm⁻³、駆動質量は830 M⊙、爆発エネルギーは7.6 × 10⁵⁰ ergと算出された。
• X線スペクトルは、駆動されたISM物質からの放射が支配的であり、Siが過剰に蓄積されており、他の元素は通常のLMC含有量と一致するか、わずかに低い値を示しており、これは核心崩壊型超新星の起源を示唆している。