[论文解读] Observations of SNR G328.4+0.2 at 19 GHz

S. Johnston, N. M. McClure‐Griffiths+1 more|CERN Bulletin|Dec 11, 2003

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用 4

一句话总结

本研究利用升级后的澳大利亚望远镜紧凑阵列（ATCA）在19 GHz频段对超新星遗迹G328.4+0.2进行了高频斯托克斯参数测量，揭示了其具有高度极化的圆形结构，中心存在条状结构，且在边缘区域具有环状磁场分布。研究提出该遗迹为复合型遗迹，中心条状结构为脉冲星风 nebula，其性质更接近G11.2–0.3而非蟹状星云，通过将条状结构归因于脉冲星驱动的nebula（自转损耗光度~3×10³⁷ erg s⁻¹，脉冲星周期~50 ms）解决了以往能量估算中的矛盾。

ABSTRACT

We report on the first polarimetric observations at 19 GHz made with the upgraded Australia Telescope Compact Array. Observations were made of the Galactic supernova remnant (SNR) G328.8+0.2. We find the SNR has circular morphology with a strong central bar, similar to that seen at lower frequencies. The SNR has high linear polarization throughout, with fractional polarization in the bar up to 50 per cent. The orientation of the magnetic field lines follow the filamentary structure of the SNR. The magnetic field at the edge of the SNR is generally toroidal, interspersed with radial fingers, likely caused by Rayleigh-Taylor instabilities. Although the SNR has been identified as Crab-like, we prefer an interpretation in which the bar is a pulsar powered wind nebula with the rest of the SNR consisting of the shell. The proposed pulsar parameters make the SNR / pulsar system more like SNR G11.2--0.3 than the Crab Nebula.

研究动机与目标

• 利用高频偏振测量研究超新星遗迹G328.4+0.2的磁场结构，以解决其分类与能量估算问题。
• 检验中心条状结构是否为脉冲星风 nebula 而非蟹状星云型结构，以解决先前能量估算中的不一致之处。
• 将观测到的磁场形态与脉冲星风 nebula 演化过程的磁流体动力学（MHD）模拟进行比较。
• 通过建模射电与偏振特性，确定脉冲星参数与遗迹年龄。
• 评估该超新星遗迹与其它已知复合遗迹（如G11.2–0.3和3C58）的相似性。

提出的方法

• 观测在19 GHz频段进行，使用升级后的澳大利亚望远镜紧凑阵列（ATCA），采用两种阵列配置（750C和EW367），共六台22米口径天线。
• 在两个频段（18.752 GHz 和 18.880 GHz）同时记录斯托克斯参数（I, Q, U, V），每个频段带宽128 MHz，共32个4 MHz通道。
• 采用六边形排列的七个指向点覆盖直径5角分的超新星遗迹，因18.8 GHz频段的主波束为1.8角分。
• 校准使用流量与相位校准源（PKS 1934–638 和 PKS 1613–586），并应用了频响与指向校正。
• 数据处理使用MIRIAD软件包完成，高观测频率使法拉第旋转效应可忽略。
• 由Q和U斯托克斯参数推导出磁场矢量，并与总强度及丝状结构进行对比。

实验结果

研究问题

• RQ1 G328.4+0.2的中心条状结构是否为脉冲星风 nebula 而非蟹状星云型结构，从而解决先前模型中的能量估算问题？
• RQ2 观测到的磁场结构如何与脉冲星风 nebula 演化过程的MHD模拟结果一致？
• RQ3 基于射电与偏振特性，所推断的脉冲星自转损耗能量与年龄为何？
• RQ4 该超新星遗迹的形态与磁场结构是否支持其被归类为复合遗迹，类似于G11.2–0.3？
• RQ5 脉冲星可能位于何处？其位置是否可通过条状结构偏离几何中心的位置推断？

主要发现

• 该超新星遗迹呈现圆形结构，中心有显著条状结构，整个结构表现出高线偏振度，条状区域最高可达50%。
• 磁场线在遗迹边缘主要呈环状分布，尤其在北侧与西侧，西南侧的径向指状结构可能源于瑞利-泰勒不稳定性。
• 磁场方向与丝状结构一致，并与中心条状结构的主轴平行，支持其起源于脉冲星风 nebula。
• 脉冲星风 nebula 模型表明其自转损耗光度约为~3×10³⁷ erg s⁻¹，脉冲星周期约为~50 ms，遗迹年龄约为~10 kyr，解决了先前能量估算中的不一致问题。
• 超新星遗迹的几何中心与条状结构中心存在偏移，暗示脉冲星速度约为~300 km s⁻¹，与已知脉冲星速度一致。
• 该超新星遗迹最适于被归类为复合遗迹，其中条状结构为脉冲星风 nebula，外层壳层为传统激波加热壳层，其形态与磁场结构更类似于G11.2–0.3和3C58，而非蟹状星云。