«Пульсарний вітер» всередині залишків Наднової вивчають за допомогою космічних рентгенівських телескопів

Крабоподібна туманність: комбінований знімок у видимому (червоний) і рентгенівському (синій) діапазонах. Джерело: Hester et al., NASA/HST/ASU/J, NASA/CXC/ASU/J.

За даними космічного рентгенівського телескопа XMM-Newton Європейського космічного агентства (ESA) астрономи досліджували незвичайну пульсарну туманність (PWN) в хмарі залишків Наднової CTB 87 в нашій Галактиці на відстані 20 000 світлових років.

Залишки Наднової (SNR) - це дифузні протяжні структури, що поширюються на величезні відстані після вибуху Наднової. Ці структури містять матеріал, викинутий зіркою після вибуху, а також міжзоряний матеріал, який був захоплений вибуховою хвилею. Найбільш відомий об'єкт такого типу - Крабовидна туманність, що виникла після вибуху Наднової, зафіксованого імовірно в 1054 році. Ці структури, складні самі по собі, стають ще більш цікавими для вивчення, якщо на шляху поширення туманності знаходяться високоенергетичні джерела випромінювання, наприклад пульсари.

Плеріони (Pulsar Wind Nebce, PWN), буквально - «туманності, підживлювані пульсарним вітром» - особливий вид туманностей, які зустрічаються всередині оболонок залишків наднових. Вони виникають при взаємодії пульсарного «вітру» із заряджених частинок з повільно поширюваною речовиною Наднової. Космічні частинки при цьому бувають розігнані до ультрарелятивістських станів за рахунок магнітного поля пульсара, що швидко обертається (нейтронної зірки). Об'єкти такого виду найбільш яскраво проявляють себе в рентгенівському, можливо, в гамма-діапазоні випромінювання, проте сліди цієї взаємодії проявляються і на інших довжинах хвиль. Зокрема, перше відкриття PWN в 1976 році було зроблено на основі аномалій випромінювання в радіодієстоні поблизу центру поширення залишків Супернової. Крабоподібна туманність раніше вважалася прототипом PWN-об'єктів, проте останнім часом зростає список PWN, за своїми властивостями істотно відрізняються від неї, так, що їх називають «плеріонами другого типу», або навіть - «некробоподібними» плеріонами; більше того, у світлі накопичених даних сама Крабовидна туманність тепер розглядається швидше як аномальний об'єкт PWN.Просторові взаємини структур в подібних «складових» туманностях можуть бути досить складними. Приклад комбінованого зображення одного з об'єктів PWN у рентгенівському (контури), радіо- (червоний) та гамі (зелений) діапазоні. З: Gaensler et al., Annu.Rev.Astro.Astrophys.2006. 44:17-47.

Радіотуманість CTB 87, відома також під іншою каталожною назвою G74.9 + 1.2 - це типовий залишок Наднової, і в області поширення її хмари якраз знаходиться точкове рентгенівське джерело CXOU J201609.2 + 371110, що утворює PWN. Це джерело було виявлено кілька років тому за допомогою космічного рентгенівського телескопа Chandra і в даний час воно має статус «кандидата в пульсари». Туманність розташована на відстані 20 000 світлових років від нас в нашій Галактиці, в «рукаві Персея» (наша Сонячна система знаходиться в сусідньому рукаві Оріона). Сама туманність за своїми властивостями схожа на Крабовидну туманність, тільки значно менш яскрава і не так знаменита, проте досліджується вона давно. Вона класифікується як радіотуманість з PWN другого, «некрабоподібного» типу. Дослідження цих туманностей виконуються комплексно в радіо- і рентгенівському діапазонах. Група астрономів з Вінніпега (Канада) і декількох наукових центрів Італії, Іспанії та США в листопаді опублікувала результати дослідження морфології і стадії еволюції цієї «підживлюваної туманності» всередині хмари залишків Наднової на підставі даних, отриманих від рентгенівського телескопа XMM-Newton. Стаття незабаром очікується в журналі MNRAS (Monthly Notices of the Royal Astronomical Society), поки що вона доступна як препринт на arXiv.org. Це продовження дослідження цієї групи з вивчення об'єкта за даними телескопа Chandra, фактично першого детального дослідження туманності в рентгенівському діапазоні. Комбінований знімок туманності CTB 87 з PWN у рентгенівському та радіодієстоні (ліворуч). Радіоспектр показано контурами. Праворуч - деталь (центральна ділянка) в пседвоцветах RGB, що представляють зображення від трьох детекторів космічного телескопа XMM-Newton в різних рентгенівських діапазонах, відповідно 0,3 - 1,5 кЕв (червоний), 1,5 - 5 кЕв (зелений), 5 - 10 кЕв (синій). З ізм. з: Guest et al., MNRAS.

Виявлене точкове рентгенівське джерело в туманності зміщене на 100'( кутових секунд) від піку радіовипромінювання. Таким чином, такі об'єкти являють собою «туманність всередині туманності». Велика туманність розміром кілька кутових хвилин випромінює в діапазоні радіохвиль (тобто значна частина її речовини - молекулярні хмари, що містять водень, CO та інші легкі молекули). У ній розташована невелика компактна туманність з кутовим розміром 5', видима в рентгенівському діапазоні. Вона є імовірно тороїдальною структурою з двома струменями рентгенівського випромінювання, що характерно для малюнка випромінювання від нейтронних зірок, що швидко обертаються. Цікавою особливістю рентгенівської туманності є її подовжена форма у вигляді комети. Хмара PWN знаходиться в процесі швидкої еволюції і рухається у напрямку до нас крізь залишки речовини Наднової. Можливо, об'єкт PWN вже еволюціонував до своєї фінальної стадії розвитку з віком близько 20 000 років, і на його прикладі ми спостерігаємо стадію, близьку до реліктової туманності навколо втратив значну частину енергії пульсара.

На відстані до об'єкта 20 000 світлових років одна кутова секунда відповідає приблизно 1,23 мільярду астрономічних одиниць (а.є.), тобто відстаней між Землею і Сонцем (дорівнює 150 млн км.). Характерний розмір цієї радіотуманості (5 кутових хвилин) становить близько 9 парсек, або 30 світлових років. Компактна рентгенівська туманність всередині (5 кутових секунд) значно менша, її розмір - половина світлового року.

Плеріони, або PWN - це екзотичні космічні об'єкти, найбільш цікаві в діапазоні жорсткого рентгенівського випромінювання. Інші види таких об'єктів включають ультраяркі рентгенівські джерела (ULX) неясної природи у віддалених галактиках, про один з яких ми недавно писали. Завдання їх дослідження майже цілком вирішуються на космічних телескопах, що працюють в рентгенівському діапазоні - наприклад, Chandra, Swift або XMM-Newton. Об'єкти PWN не такі яскраві, як ULX, однак їх багато поблизу в нашій Галактиці. Як і ULX, вони дають нетривіальний матеріал для дослідження через складну взаємодію речовини різного походження - холодних залишків Наднових і високоенергетичних космічних частинок від пульсара. Найближчі до нас зоряні скупчення і туманності в Галактиці.