分子云环境中的超新星遗迹

【摘要】大质量恒星形成于分子云中致密云核的坍缩,而其演化最后终结于核坍缩超新星爆发。在这些恒星短暂的一生中,它们强烈的星风和电离辐射能清空出一个腔体。若其存在环境分子云,我们就可能观测到超新星遗迹撞击腔壁分子气体。超新星遗迹与分子云的相互作用对于研究稠密气体的物理和化学过程,追溯前身星演化,探索宇宙线强子作用都具有重要意义。我的博士论文针对分子云环境中的超新星遗迹Kes78.Kes79和W28进行了多波段的观测研究,并理论上探讨了分子云内空腔与前身星质量的关系。以超新星遗迹Kes78为起点,我们研究了该遗迹的分子云环境并开展了对其东北壳层的XMM-NewtonX射线光谱分析。通过CO三个跃迁的观测,我们建立了遗迹与～81kms-1的分子云腔体相互作用的证据,包括展宽的12CO谱线和相对增强的12COJ=2-1/J=1-0比例。我们还探明了其环境分子云分布,并为探究其强子伽玛射线辐射提供指引。Kes78东北壳层上的X射线来自亚电离的热(～1.5keV)气体,其密度为-0.1cm-3,可能是团际介质。遗迹的年龄约为6kyr。根据分子云腔体的大小,我们估算出其前身星的初始质量约为21M(?)。在一些超新星遗迹周围出现的腔状和弧状分子云使我们意识到,前身星星风对分子云的塑造也许能有助于研究其前身星质量。我们发现分子云环境中的大质量恒星的主序星风泡大小与恒星质量存在一个接近线性的关系Rb≈1.22M/M⊙-9.16pc。由于8到25-30M(?)的恒星的演化会进入红超巨星阶段而不产生Wolf-Rayet星风,主序阶段的星风泡就决定了分子云腔体的尺度。而相比起来,光致电离的影响却很小。该关系为分子云腔体中的超新星遗迹提供了一种难得的诊断前身星质量的新工具。利用这个关系,我们估算了8个超新星遗迹的前身星质量：Kes69,Kes75,Kes78,3C396,3C397,HC40,Vela和RXJ1713-3946。热混合型超新星遗迹往往与分子云相互作用,由于这类遗迹具有诸多有趣却未得到解释的观测特征,是近年观测和研究的热点。W28作为热混合型超新星遗迹的原型,其热混合型形态起源还不清楚。我们开展了对W28的XMM-Newton成图和光谱研究。遗迹内部的X射线辐射是非均匀的,一个冷的非电离平衡等离子体和一个达到碰撞电离平衡的热气体的组合能最好地解释观测到的X射线。这个双温模型下,冷的亚电离的成分来自蒸发的团块气体。多个观测证据支持W28内部存在小云团的蒸发过程,而这个过程或许可以解释遗迹的热混合型形态。我们将这个双温模型应用到不同的小区域中,发现吸收、温度和密度在遗迹内的分布是随空间变化的,说明遗迹在一个不均匀的环境中演化,而更密的介质在遗迹的东部和北部。除了双温模型,遗迹内部的X射线还可能用电子温度为0.6keV的过电离气体模型来描述。过电离气体的复合时标约为2.9×104yr,接近遗迹的动力学年龄。W28东北壳层上的X射线存在一个0.3keV的低温成分,而硬X射线可能是热起源(温度～0.61keV)也可能是非热起源(光子谱指数～2)。若为非热起源,非热电子经受库伦损失的韧致辐射是最可能的解释。通过开展CO观测,我们给出了热混合型超新星遗迹Kes79与～105kms-1分子云作用的运动学证据。Kes79在X射线波段存在丰富的明亮丝状结构以及一个弥散的暗晕。遗迹整体的X射线辐射需要用双温(0.23+1.05keV)的模型来描述,其高温成分存在S和Ar的超丰,说明了抛射物的存在。在西北射电内壳层外,我们发现一个X射线团块具有不寻常的高温(2.0-0.4+0.5keV)和增丰的Mg,Si,S和Ar。暗晕的气体与明亮丝状结构不同,金属丰度趋于甚至低于太阳丰度。在边缘区域,暗晕的X射线辐射用一个高温成分(0.9-1.4keV)就可以解释。我们研究了遗迹的整体演化性质,得到遗迹的激波速度为833-12+3kms-1,年龄为～5.8kyr。对比多波段分析结果,我们认为遗迹的双壳层结构和热混合型形态都是投影效应。根据遗迹分子云腔的大小和抛射物中金属元素的丰度,我们估算出其前身星是质量为～12Me的B1型星。在研究Kes79的过程中,我们幸运地在其南部发现了一颗11.56s的X射线脉冲星3XMMJ185246.6+003317。根据其自转减慢速率<1.1×10-13ss-1和周期11.5587126(4)s可以得到脉冲星的表面偶极磁场<3.6×1013G,特征年龄>1.7Myr,自转能损<2.8×1030ergs–1。通过对它的X射线光谱分析,我们发现共振回旋散射模型能给出最佳拟合,同时,黑体辐射也可以描述X射线光谱。从2008年到2009年总共7个月的观测中,该脉冲星的的光谱性质发生了剧烈的变化：其光度由2.7×1034ergs-1降至4.6×1033ergs-1,而黑体辐射温度由约0.8keV降至月0.6keV。3XMMJ185246.6+003317的X射线光度远远高于其自转能损,排除了由自转供能的可能。它在光学和红外波没有探测到对应天体,而且2008年之前的多次X射线观测中它都没有出现,再结合时序和光谱分析,我们认为3XMMJ185246.6+003317是一颗新发现的暂现低磁磁星,而它在2008年的一次爆发正好被XMM-Newton观测到。2001年Chandra对它的观测将它的宁静光度上限限制到4×1032ergs–1。由于该磁星与Kes79的吸收柱密度类似,可以认为它们处于相似的距离～7.1kpc上。它是目前自转最慢的暂现强磁星,也是第三颗已知低磁强磁星。3XMMJ185246.6+003317与其北部的超新星遗迹Kes79和遗迹内部反磁星是否存在可能的物理联系则需要未来的观测给出确定性的答案。
【作者】周平；
【导师】陈阳；SamarSafi-Harb；
【作者基本信息】南京大学，天体物理，2014，博士
【关键词】超新星遗迹；分子云；大质量恒星；星风泡；强磁星；

【参考文献】
[1]陈俊强,王以忠,韩宗葆.APRES自动生理实验系统[J].自动化学报,1986,01:105-108.
[2]单春玲.数据挖掘在人才认知系统中的应用研究[D].天津财经学院,企业管理,2004,硕士.
[3]胡庶,吴耀武,娄素华,熊信艮.用户自备分布式发电与供电商的博弈[J].电力系统自动化,2006,20:21-25.
[4]李光玉.安钢钢材力学性能数据微机管理系统效果好[J].冶金自动化,1996,05:11.
[5]刘娟.《我学习汉语》教学设计[D].华中师范大学,汉语国际教育,2013,硕士.
[6]张焕君,李俊玉.基态H_2S~+的几何结构与势能函数的研究[J].郑州轻工业学院学报(自然科学版),2014,05:98-102.
[7]孙知信,王汝传,王绍棣,王彬.基于用户行为的入侵检测系统的设计与实现[J].计算机工程与设计,2004,10:1633-1635+1657.
[8]李印彩.减之胶囊对肥胖大鼠减肥降脂作用的实验观察及其机制研究[D].浙江大学,2004.
[9]邬成新.SAS数据挖掘在钢铁终轧温度控制中的应用[J].控制工程,2005,06:89-91.
[10]张冬悦.物联网中路由算法的实时性研究[D].辽宁大学,计算机应用技术,2012,硕士.
[11]郎红日.巴音煤矿斜井穿软岩支护技术研究[D].西安科技大学,矿业工程,2013,硕士.
[12]张苗苗.电化学法合成氢化偶氮苯类化合物的研究[D].北京化工大学,2014.
[13]尚建威.综放工作面除尘技术的综合应用及优化研究[D].内蒙古科技大学,矿业工程,2014,硕士.
[14]金亮.宁夏固原市东岳山西麓不稳定边坡地质灾害特征及治理研究[D].中国地质大学（北京）,地质工程,2013,硕士.
[15]刘杰慧.后倾角人工晶体对老年性白内障术后后囊混浊影响的初步研究[D].山东大学,眼科学,2013,硕士.
[16]刘雪飞.马克思主义哲学教育原则探析[D].新疆师范大学,马克思主义哲学,2013,硕士.
[17]柳焕章,王兴国,李明,周泽昕,杜丁香.基于三序差动电流相近原理的零序电流差动选相[J].电力系统自动化,2013,16:92-95.
[18]张宜民,胡作友.嫁接农业谚语与大学英语习得农业专业化转向研究[J].安徽农业科学,2014,36:13143-13146+13148.
[19]陈玉明,李传友,王德义.轧钢机动压油膜轴承润滑系统的设计及使用[J].一重技术.1996(02)
[20]赵德荣.对外汉语词汇教学中的文化因素及其教学[D].兰州大学,汉语国际教育,2013,硕士.
[21]闻雷,宋仁升,石颖,李峰,成会明.炭材料在锂离子电池中的应用及前景[J].科学通报,2013,31:3157-3171.
[22]张世玲.西酞普兰对戊四氮致痫大鼠癫痫发作及海马内5-羟色胺水平的影响[D].新乡医学院,儿科学,2012,硕士.
[23]高彩霞.海洋微藻产生二甲基硫、β-二甲巯基丙酸内盐和丙烯酸盐的研究[D].中国海洋大学,分析化学,2014,硕士.
[24]李思雯.音乐家李惟宁研究[D].中央音乐学院,中国近现代音乐史,2012,硕士.
[25]王佳.银行信贷对房地产泡沫的影响研究[D].山西财经大学,管理科学与工程,2014,硕士.
[26]耿实.全自动高炉紧急拨风系统[J].冶金自动化,1993,01:19-22+60.
[27]盛蕾.谷氨酰胺双肽强化的肠外营养对腹部外科手术患者影响的Meta分析[D].山东大学,临床医学（专业学位）,2013,硕士.
[28]胡家扬.环境侵权证明责任的研究[D].复旦大学,法律,2012,硕士.
[29]袁晓丹.企业购并过程中的财务资源整合实证研究[D].西南财经大学,MBA,2003,硕士.
[30]魏志文.绿色建筑小区阶梯式绿地截缓径流技术研究[D].重庆大学,市政工程,2014,硕士.
[31]李康.晶圆传输机器人末端运动及晶圆接触状态检测系统研究[D].哈尔滨工业大学,机械电子工程,2013,硕士.
[32]王洁玉.基于光纤模间干涉和光纤光栅的光纤传感器的实验研究[D].天津理工大学,通信与信息系统,2013,硕士.
[33]齐晶.对黑龙江省农义村泥草房改造工程的调查分析[D].华中师范大学,农村与区域发展,2012,硕士.
[34]徐彦泰.新媒体亚文化与青少年犯罪关系研究[D].安徽大学,刑法学,2013,硕士.
[35]贾永娜.基于改进奇异谱分析法的地震数据插值[D].哈尔滨工业大学,应用数学,2014,硕士.
[36]杨宏宇.农村土地承包经营权流转问题研究[D].吉林财经大学,马克思主义基本原理,2014,硕士.
[37]冯波.论经济深度报道的历史发展[D].广西大学,2002.
[38]王丽娟.米糠蛋白和菲汀的提取研究[D].吉林大学,物理化学,2013,硕士.
[39]丁浩.高速列车空调系统与车内流场质量分析[D].西南交通大学,动力机械及工程,2013,硕士.
[40]颜月英.民事诉讼担当制度研究[D].重庆大学,诉讼法,2014,硕士.
[41]丁颖.论竹笛音色的表现特性[D].武汉音乐学院,音乐与舞蹈学,2014,硕士.
[42]范丽娟.一种不对称铜酞菁的合成、表征及其性质的研究[D].东北师范大学,有机化学,2012,硕士.
[43]杜彩霞.核心蛋白聚糖对哮喘小鼠气道重塑的影响[D].青岛大学,内科学,2013,硕士.
[44]李永秀,罗卫红,倪纪恒,陈永山,徐国彬,金亮,戴剑锋,陈春宏,卜崇兴.基于辐射和温度热效应的温室水果黄瓜叶面积模型[J].植物生态学报,2006,05:861-867.
[45]王文睿.对优秀乒乓球运动员张继科的得失分特征分析及技战术诊断[D].山东体育学院,体育教育训练学,2012,硕士.
[46]李国飞.取代乙二胺金属配合物的制备及其在苯乙腈合成中的应用研究[D].河南科技大学,有机化学,2013,硕士.
[47]王璠.城市社区居民体育需求理论与实证研究[D].首都体育学院,体育人文社会学,2013,硕士.
[48]余聚.新候选肿瘤抑制基因SLC8A2对胶质瘤细胞株U87的功能影响及相关机制研究[D].苏州大学,神经外科学,2014,硕士.
[49]周成飞.聚氨酯/石墨烯纳米复合材料的研究进展[J].上海塑料,2014,01:1-8.
[50]田勇.氧化应激通过P38sapk途径上调P16基因表达引起卵泡膜间质细胞的衰老[D].华中科技大学,妇产科学,2013,硕士.