[論文レビュー] XMM-Newton observation of Kepler's supernova remnant

Gamil Cassam‐Chenaï, A. Decourchelle+4 more|Oct 23, 2003

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 47被引用数 51

ひとこと要約

本研究は、ケプラーサーヴァントの超新星残骸における最初のXMM-Newton EPICイメージング分光測定を報告し、発光線（Si K、Fe L、Fe K）および高エネルギー連続スペクトルを分析した。その結果、南側ではSiを多く含む噴出物がFeを多く含む噴出物よりも外側にまで広がっており、Cas Aと同様に噴出物層の逆転は認められないことが判明した。また、噴出物内では温度が内側に向かって上昇しており、特に南東領域では非熱的放射が支配的であることが示された。

ABSTRACT

We present the first results coming from the observation of Kepler's supernova remnant obtained with the EPIC instruments on board the XMM-Newton satellite. We focus on the images and radial profiles of the emission lines (Si K, Fe L, Fe K) and of the high energy continuum. Chiefly, the Fe L and Si K emission-line images are generally consistent with each other and the radial profiles show that the Si K emission extends to a larger radius than the Fe L emission (distinctly in the southern part of the remnant). Therefore, in contrast to Cas A, no inversion of the Si- and Fe-rich ejecta layers is observed in Kepler. Moreover, the Fe K emission peaks at a smaller radius than the Fe L emission, which implies that the temperature increases inwards in the ejecta. The 4-6 keV high energy continuum map shows the same distribution as the asymmetric emission-line images except in the southeast where there is a strong additional emission. A two color image of the 4-6 keV and 8-10 keV high energy continuum illustrates that the hardness variations of the continuum are weak all along the remnant except in a few knots. The asymmetry in the Fe K emission-line is not associated with any asymmetry in the Fe K equivalent width map. The Si K maps lead to the same conclusions. Hence, abundance variations do not cause the north-south brightness asymmetry. The strong emission in the north may be due to overdensities in the circumstellar medium. In the southeastern region of the remnant, the lines have a very low equivalent width and the X-ray emission is largely nonthermal.

研究の動機と目的

• XMM-Newton EPICデータを用いて、ケプラーサーヴァントの超新星残骸におけるX線発光線（Si K、Fe L、Fe K）および連続スペクトルの空間的・スペクトル的分布を分析すること。
• SiおよびFe発光の半径方向分布を特定し、噴出物の層構造を評価し、Cas Aで観測されたFeおよびSiを多く含む層の逆転の有無を検証すること。
• X線の北南非対称性の原因を、周囲星間物質における元素含有量の違いか、密度構造かを区別すること。
• 高エネルギー連続スペクトル（4–10 keV）を特徴づけ、特に南東領域における非熱的放射領域を特定すること。
• 空間的に分解された分光測定および幾何モデルを用いて、残骸のイオン化年齢および衝撃履歴を制約すること。

提案手法

• XMM-Newton EPIC機器（pnおよびMOS）を用い、200角秒の角度範囲にわたるケプラーサーヴァントの超新星残骸の高分解能イメージング分光測定を実施した。
• Si K、Fe L、Fe K発光線の発光線マップおよび半径方向プロファイルを作成し、空間的広がりと形状を比較した。
• 4–6 keVおよび8–10 keVの連続スペクトルマップを作成し、スペクトルの硬さを調査し、非熱的放射領域を特定した。
• エネルギー依存の発光硬さの変化を評価するために、2色連続スペクトル画像を生成した。
• 幾何モデルを適用してイオン化年齢を推定し、前進波および逆方向波の衝撃半径、体積率、衝撃速度を用いて、イオン化 timescale ξ の下限を導出した。
• 距離（D ≈ 4.8 kpc）および角度サイズを組み込んだ、自己相似流体力学モデル（Chevalier 1982）を用いて、衝撃を受けた周囲物質および噴出物領域の体積率を計算した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ケプラーサーヴァントの超新星残骸におけるSi KおよびFe L発光線の空間的分布は、Cas Aと同様にFeおよびSiを多く含む層が逆転していると示唆するか？
• RQ2 X線の北南非対称性は、元素含有量の違いによるものか、周囲星間物質内の密度構造によるものか？
• RQ3 残骸の南東領域に強く硬いX線放射が観測される原因は何か？
• RQ4 Fe K発光は空間的にFe L発光とどのように異なっているか？これは噴出物内での温度勾配に何を示唆するか？
• RQ5 残骸におけるX線放射はどの程度熱的で、どの領域が非熱的放射の主因か？

主な発見

• Si K発光は、特に残骸の南側でFe L発光よりも大きな半径にまで広がっており、FeおよびSiを多く含む噴出物層の逆転は認められないことを示している。
• Fe K発光はFe L発光よりも小さな半径でピークを示しており、噴出物内では内側に向かって温度が上昇していることを示している。
• 4–6 keV連続スペクトルマップは、発光線画像と同様の非対称的形状を示しているが、南東領域を除き、強い硬い過剰放射が観測された。
• 2色連続スペクトル画像は、局所的な塊体を除き、残骸全体でスペクトル硬さの変化が弱く、非対称性が含有量の違いによるものではないことを示している。
• Fe K等価幅マップには非対称性がなく、北南非対称性が含有量勾配によるものではないことを確認した。
• 南東領域では発光線の等価幅が非常に低く、X線放射は主に非熱的であることが示され、非熱的プロセスによる寄与が顕著であることが判明した。