Пульсарные туманности в оптическом и инфракрасном диапазонах

• Автор: Зюзин, Дмитрий Александрович
• Шифр специальности: 01.03.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 123 с. : ил.

Оглавление
Введение
1 Методические вопросы исследования пульсарных туманностей в оптическом и инфракрасном диапазонах

1.1 Телескопы, приборы и методы наблюдений, использовавшиеся в данной работе

1.1.1 Оптические телескопы NOT (Nordic Optical Telescope) и VLT (Very

Large Telescope)

1.1.2 Космический телескоп им. Хаббла (HST)

1.1.3 Инфракрасный орбитальный телескоп Spitzer

1.1.4 Инфракрасный орбитальный телескоп AKARI

1.1.5 Рентгеновская обсерватория Chandra

1.2 Редукция фотометрических данных

1.2.1 Первичная редукция
1.2.2 Астрометрическая привязка «прямых» изображений
1.2.3 Фотометрическая калибровка
1.2.4 Космический телескоп им. Хаббла
2 Пульсар J0205+6449 и его пульсарная туманность в остатке сверхновой ЗС58
2.1 Введение
2.2 Идентификация пульсарной туманности в остатке сверхновой ЗС58 в оптическом и ИК диапазонах с помощью NOT и Spitzer
2.2.1 Наблюдения и обработка данных
2.2.2 Результаты
2.3 Последующие наблюдения пульсарной туманности в остатке сверхновой ЗС
58 с помощью NOT и AKARI
2.3.1 Наблюдения
2.3.2 Торообразная часть пульсарной туманности
2.3.3 Плерион
2.3.4 Пульсар PSR J0205-f6449
2.4 Заключение
3 Пульсар PSR J1124—5916 и его пульсарная туманность в остатке сверхновой SNR G292.0+1
3.1 Введение
3.2 Идентификация пульсарной туманности J1124-5916 в оптическом диапазоне
с помощью VLT

3.2.1 Наблюдения и редукция данных
3.2.2 Результаты
3.3 Обнаружение пульсарной туманности J1124-5916 в среднем инфракрасном
диапазоне с помощью телескопа Spitzer
3.3.1 Наблюдения
3.3.2 Результаты
3.4 Заключение
4 Исследование структуры пульсарной туманности вокруг пульсара PSR В0
4.1 Введение
4.2 Наблюдения
4.2.1 Оптические наблюдения на телескопе HST
4.2.2 Поляризационные наблюдения
4.2.3 Рентгеновские наблюдения на телескопе Chandra
4.2.4 Астрометрическая привязка
4.3 Результаты
4.3.1 Оптическая фотометрия
4.3.2 Поляризация пульсарной туманности
4.3.3 Обнаружение яркого сгустка в рентгеновском диапазоне
4.3.4 Рентгеновская спектроскопия туманности
4.3.5 Многоволновой спектр сгустка
4.4 Заключение
5 Заключение

Введение
Актуальность темы диссертации
Магнитосферы быстро вращающихся и сильно замагниченных нейтронных звезд (НЗ), наблюдаемых в качестве радио пульсаров, являются эффективными природными ускорителями заряженных частиц до релятивистских энергий, недостижимых даже на самых мощных ускорителях, построенных на Земле. Источником энергии таких природных ускорителей является вращение нейтронной звезды. Ускоренные частицы излучают нетепловые фотоны, которые детектируются с помощью наземных и космических телескопов, в спектральном диапазоне от метрового радиодиапазона до нескольких тераэлектронвольт (ТэВ). Покидающие магнитосферу пульсара ускоренные частицы образуют так называемый пульсарный ветер, который распространяется в окружающее пространство и несет с собой также и магнитное поле. При взаимодействии пульсарного ветра с межзвёздной средой возникают ударные волны, на фронтах которых происходит дополнительное ускорение частиц. Излучение этих частиц, в основном синхротронной природы, наблюдается в виде протяженных объектов, которые принято называть туманностями пульсарного ветра.
Классическим примером пульсарной туманности является Крабовидная туманность, которая имеет на рентгеновских и оптических изображениях (см. Рис. 1) ярко выраженную торообразную структуру со струйными выбросами вдоль оси симметрии тора [Hester, 2008]. В этой и ряде других туманностей обнаружена достаточно сильная стохастическая переменность на масштабах от нескольких часов до месяцев и лет. В частности, в Крабовидной туманности недавно детектированы два эпизода резкого повышения потока излучения в гамма диапазоне в 2-3 раза, длившиеся около суток [Tavani et al., 2011; Abdo et al., 2011; Striani et al., 2011]. Отдельные компактные структуры туманности перемещаются со скоростями, близкими к скорости света, что, по-видимому, свидетельствует о сильных магнитогидродинамических неустойчивостях пульсарного ветра. Из-за высокой энергетики пульсаров и пульсарных туманностей их часто рассматривают в качестве основных источников космических лучей сверхвысоких энергий, детектируемых на Земле и с помощью космических аппаратов таких как Pamela.
Многие детали механизмов ускорения частиц в магнитосферах пульсаров, образования пульсарного ветра, его структуры, переменности и взаимодействия с окружающей средой не вполне ясны. Поэтому ведутся интенсивные исследования этих объектов во всём наблюдаемом диапазоне длин волн [Slane, 2011, 2008]. Наиболее перспективными являются наблюдения молодых пульсаров, которые находятся в остатках сверхновых и ещё не утратили высокую скорость вращения, полученную при их рождении в результате вспышки сверхновой. С возрастом вращение тормозится из-за потерь на магнитодипольное излучение нейтронной звезды и на генерацию пульсарного ветра. Вокруг достаточно старых пульсаров (с возрастом > 105 лет) туманности вырождаются или трансформируются в

Таблица 2.2. Наблюдаемые звёздные величины и оптические/И К потоки излучения для предполагаемой системы пульсар/туманность в остатке сверхновой ЗС 58, а также потоки излучения, исправленные на межзвёздное поглощение, для разных значений Ау.
Xeff Mag. log Flux log Flux
(band) obs.° obs.“ dered.“
Av=1.9 2
(/ші) (mag) Ы) Ы) (J) (mJ)
440(£) 24.06(8) -0.02(3) 0.99(3) 1.52(3) 1.78(3)
530(V) 23.11(4) 0.31(2) 1.10(2) 1.52(2) 1.73(2)
650(Д)6 >22.5(5) 0.48(20) 1.11(20) 1.44(20) 1.61(20)
3.6 15.8(4) 2.14(16) 2.19(16) 2.22(16) 2.23(16)
4.5 15.2(4) 2.16(14) 2.20(14) 2.22(14) 2.22(14)
5.8 14.3(3) 2.34(11) 2.38(11) 2.40(11) 2.41(11)
8.0 13.5(2) 2.42(9) 2.46(9) 2.48(9) 2.49(9)
а числа в скобках — значения 1 а неопределенностей, отнесенных к последним значащим цифр; указанных величин
ь верхний предел на звёздную величину пульсара, взятый из работы Fesen et al. [2008]
Рис. 2.7. Увеличенное изображение предполагаемой пульсарной туманности, полученное в широкополосном канале инструмента Эрет/ШАС с эффективной длиной волны 5.8 цгп. Близкие фоновые звёзды вычтены. Изображение сглажено гауссианой с ядром в 274. Окружности с радиусами 874, 976, и 1474 ограничивают апертуру и кольцо, из которого вычислялся фон, использовавшиеся для фотометрии.
Как видно из таблицы 2.2, измеренные потоки в ИК имеют большие ошибки, чем в оптическом диапазоне. Главная причина этого состоит в том, что в ИК источник не столь яркий и он определен на уровне 5<т. В итоге, независимо подтверждается, но на более высоком уровне значимости, детектирование в ИК, описанное в работе Б1апе е1 а1. [2008] на уровне 2сг.
Многоволновой спектр пульсарной туманности
Используя полученные потоки оптического/ИК излучения системы пульсар/туманность вместе с рентгеновскими данными, мы построили многоволновой спектр торообразной