超新星遗迹与周围环境作用的研究

论文摘要

超新星遗迹是在超新星爆发过程中喷射出的前身星物质与周围星周／星际介质相互作用形成的产物。它将会释放大量能量和金属元素到星际介质中,对星际介质的物理和化学演化产生重要影响。研究超新星遗迹演化的重要一环是研究其与星际介质之间的相互作用。事实上,超新星遗迹中的很多观测现象都起源于其与不均匀的星周/星际介质之间的相互作用。但是超新星遗迹和不均匀星周/星际介质之间的相互作用涉及到许多复杂的物理过程,这使得对其的研究存在很多困难。本文将介绍我在超新星遗迹以及它和周围不均匀星际介质之间相互作用方面的工作。首先,在第一章中对超新星、星际介质、强激波物理、超新星遗迹演化等作了简要回顾；接下来,研究了几个具有代表性的情况：超新星遗迹与分子云的相互作用（在第二章中研究了超新星遗迹Kes 69；在第4.2节中研究了超新星遗迹W49B）,超新星遗迹与中等密度云块的相互作用（在第三章中研究了超新星遗迹Cygnus Loop）,和有过电离现象的超新星遗迹在具有特别分布的星周/星际介质中的演化（在第4.3节中研究了超新星遗迹W49B）。研究涉及不同情况下的超新星遗迹与云块作用的物理和化学演化。对于超新星遗迹Kes 69,我们确认了其与系统速度在～85kms-1的分子云的关联性,这使得我们得到遗迹的运动学距离为5.2kpc。通过12CO（J=1-0）的观测分别在东南和西北区域发现了分子云圆弧,它们大致分布在一个圆上。这些分子气体很可能是经由前身星星风扫积堆积而成。对于超新星遗迹Cygnus Loop,我们研究了XMM-Newton X射线望远镜对其东面一较亮区域（被称作XA区域）的观测。结果显示,这片区域星际介质密度较大并且有成团性；还发现这里星际介质的C,N,O丰度只有太阳丰度的0.2倍左右。X射线谱可以被两个热成分拟合,分别对应了被震击的云块物质和周围热的冕物质。我们应用了新近发展起来的一个诊断工具对比了谱分析结果和理论预期,确认了热传导在这个区域中的激波与云块相互作用的演化过程中起到主导作用。我们还发现了一个前身星抛射物碎片/突起,可能起源于前身星抛射物中的扰动。对于超新星遗迹W49B,我们首先研究了它的分子气体环境,发现了一个系统速度在～40kms-1的半圆形壳层分布的分子气体结构,包围了遗迹的东面,南面和西面。这与在遗迹东面,南面和西面观测到的射电波段的比较陡峭的边界和红外波段辐射分布（起源于遗迹与较密环境气体的作用）相一致。通过多波段形态的对应和（12CO J=2-1）/（12CO J=1-0）线比的增强,我们基本确认了遗迹与这个系统速度在～40kms-1的分子云的关联性,得到遗迹的运动学距离为9.3kpc。这里半圆形壳层分布的分子气体可能与超新星遗迹Kes 69中分子壳层的起源相同,是经由前身星星风扫积堆积而成。接下来,我们基于多波段观测结果建立了超新星遗迹W49B演化的理论模型,模型第一次考虑到了前身星抛射物与周围不均匀星周/星际介质的混合,热传导过程,光学薄等离子体的辐射损失过程,还有非电离平衡过程。我们发现热传导在超新星遗迹W49B的演化中起到重要作用,它导致了星周介质中云环物质的蒸发。这些被蒸发的较冷的云环物质与周围热气体的混合加快了降温过程,并且这些被蒸发的较冷的云环物质还将前身星抛射物推回了遗迹中心形成了喷流状结构。在模型演化中,发现了包含过电离等离子体的较大区域。这些过电离等离子体起源于被来自星周介质中云环的反弹激波再加热过的热等离子体的快速冷却。特别指出,我们发现了两种不同的快速冷却机制：热气体与由星周介质中云环物质蒸发而来的密度较大、温度较低的物质的混合；前身星抛射物的快速绝热膨胀。模型预期的过电离等离子体的空间分布与观测完全致。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• ChpaterⅠIntroudction
• 1.1 Supernovae and Their Circumstellar Environments
• 1.1.1 Supernovae
• 1.1.2 Circumstellar and Interstellar Environments
• 1.2 Supernova Remnant
• 1.2.1 Strong Shock Physics
• 1.2.2 Evolution
• 1.2.3 Classification
• 1.2.4 SNR-cloud Interaction
• 1.2.5 Immediate Objects
• Chapter Ⅱ Kes 69
• 2.1 Previous Results
• 2.2 Observation and Data Reduction
• 2.3 Results
• + Emissions'>2.3.1 The CO and HCO⁺Emissions
• 2.3.2 Morphological Correlation in Multiwavelengths
• 2.3.3 The Dynamics
• 2.4 Summary
• Chapter Ⅲ The Cygnus Loop
• 3.1 Previous Results
• 3.2 Observation and Data Reduction
• 3.3 Results
• 3.3.1 X-ray Morphology
• 3.3.2 Spectral Analysis
• 3.4 Discussion
• 3.4.1 Global Properties of the X-ray Emitting Plasma
• 3.4.2 The Role of Thermal Conduction
• 3.5 Summary
• Chapter Ⅳ W49B
• 4.1 Previous Results
• 4.2 Molecular Environment
• 4.2.1 Observation and Data Reduction
• 4.2.2 Results
• 4.2.3 Summary
• 4.3 Spatial Structure of the Overionized Plasma
• 4.3.1 Hydrodynamic Modeling
• 4.3.2 Results
• 4.4 Summary and Conclusions
• Chapter Ⅴ Summary and Prospects
• Bibliography
• Publications
• Acknowledgements