[论文解读] The pre-shock gas of SN1006 from HST/ACS observations

J. C. Raymond, K. E. Korreck+4 more|arXiv (Cornell University)|Jan 10, 2007

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 1被引用 30

一句话总结

利用哈勃空间望远镜/高级巡天相机（HST/ACS）对SN1006的巴尔默α发射线丝状结构进行深度成像，该研究测得激波前氢密度为0.25–0.4 cm⁻³，视线方向尺度长度约为2×10¹⁸ cm，与X射线电离 timescale 一致，并将波纹结构与约20%的星际介质（ISM）密度涨落联系起来。研究结果验证了激波模型，并揭示了在致密云气中减速过程中，爆发物块正在超越激波。

ABSTRACT

We derive the pre-shock density and scale length along the line of sight for the collisionless shock from a deep HST image that resolves the H alpha filament in SN1006 and updated model calculations. The very deep ACS high-resolution image of the Balmer line filament in the northwest (NW) quadrant shows that 0.25 < n_0 < le$ 0.4 cm-3 and that the scale along the line of sight is about 2 x 10^{18} cm, while bright features within the filament correspond to ripples with radii of curvature less than 1/10 that size. The derived densities are within the broad range of earlier density estimates, and they agree well with the ionization time scale derived from the Chandra X-ray spectrum of a region just behind the optical filament. This provides a test for widely used models of the X-ray emission from SNR shocks. The scale and amplitude of the ripples are consistent with expectations for a shock propagating though interstellar gas with ~ 20% density fluctuations on parsec scales as expected from studies of interstellar turbulence. One bulge in the filament corresponds to a knot of ejecta overtaking the blast wave, however. The interaction results from the rapid deceleration of the blast wave as it encounters an interstellar cloud.

研究动机与目标

• 利用高分辨率HST/ACS Hα成像，测量SN1006中激波前氢密度与视线方向尺度长度。
• 检验由钱德拉X射线望远镜数据获得的电离timescale估计值与推导出的激波参数之间的一致性。
• 区分由星际介质（ISM）密度涨落引起的波纹与爆发物块超越激波所导致的波纹。
• 通过Hα发射的空间轮廓分析，评估激波前导结构的存在。
• 通过引入Heng & McCray（2006）更新的物理模型，改进Hα发射效率的激波模型。

提出的方法

• 获取了SN1006西北区域Hα巴尔默发射线丝状结构的深度高分辨率HST/ACS图像。
• 测量了激波后方窄电离区的厚度，其与激波前密度成反比。
• 采用包含近期激波物理进展（Heng & McCray, 2006）的更新Hα发射效率模型，解释观测到的丝状结构。
• 分析波纹与明亮边缘的空间轮廓，推断视线方向尺度长度并约束前导发射。
• 将观测到的Hα轮廓与波纹结构同星际介质湍流模型（如Kolmogorov谱）及爆发物块超越场景的预测进行比较。
• 利用视线方向与激波面之间的角几何关系，评估整体速度对线宽的贡献。

实验结果

研究问题

• RQ1 SN1006西北激波区域视线方向的激波前氢密度是多少？
• RQ2 推导出的视线方向尺度长度与激波模型及X射线电离timescale预期值相比如何？
• RQ3 Hα丝状结构中观测到的波纹是由星际介质密度涨落引起，还是由爆发物块超越激波引起？
• RQ4 是否存在Hα发射中激波前导结构的证据？若存在，其亮度与主激波相比如何？
• RQ5 视线方向上的整体运动对观测到的Hα线宽贡献有多大？

主要发现

• SN1006西北区域的激波前氢密度测量值为0.25–0.4 cm⁻³，与早期估计一致，并证实了钱德拉X射线谱推导出的电离timescale。
• 激波的视线方向尺度长度约为2×10¹⁸ cm，与HST图像中观测到的电离区厚度一致。
• 曲率半径小于整体尺度长度十分之一的Hα丝状结构波纹，与在秒差距尺度上约20%的ISM密度涨落一致。
• 丝状结构中一个显著凸起被识别为爆发物块超越激波所致，其成因是激波在致密星际云气中减速。
• 未检测到显著的前导发射；前导亮度的上限约为丝状结构峰值强度的1/3，某些区域更严格（约1/10）。
• 当与热展宽项以平方和方式叠加时，整体运动对观测到的Hα线宽贡献最多为6%，表明视线方向速度效应极小。