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超新星遗迹通常被认为是能量小于1015eV宇宙线的主要发源地。而目前普遍认为超新星遗迹壳层中存在的非热X射线辐射是电子被加速到宇宙线能量的有力证据之一。现在已经确证至少有六个超新星遗迹壳层中存在非热X射线辐射。随着观测样本的增加,观测精度的提高,这个数目还将不断的增长。本文首先回顾了该领域最新的观测和理论。随后着重处理和分析大麦哲伦云中的壳层型超新星遗迹N132D。所得结果均显示超新星遗迹N132D壳层中很可能存在较弱的非热X射线辐射。
在第一章中,我们对超新星和超新星遗迹的相关背景知识进行回顾。我们着重介绍了目前超新星遗迹中非热X射线辐射的相关理论,和目前确证的有非热X射线辐射的壳层型超新星遗迹。同时我们更关注现有的理论模型在观测中的应用,包括对超新星遗迹磁场的估算等。
在第二章中,我们合并了超新星遗迹N132D的两组Chandra的HETG数据,进行处理和初步分析。我们发现N132D的壳层区域的谱需要两个成分来拟合。我们尝试了两个热成分的模型和一个热成分加一个幂率成分的模型,结果发现两个热成分的模型会得到过高的电离时标,无法解释。而一个热成分加一个幂率成分的模型则拟合的很好,光子谱指数(2.3-3.4)也和有非热辐射的壳层型超新星的典型值(2.5-3)接近。我们推测超新星遗迹N132D的壳层附近存在同步X射线辐射。
在第三章中,我们合并了Chandra对N132D最新三次观测的ASIC数据,并进行了更加细致的处理和分析。这三组数据合并之后可以提供更大的信息量,使得我们可以对壳层附近的更小区域进行分析。通过对N132D的空间分析以及其壳层附近11个小区域的谱分析,我们再次确认了其东南壳层附近的一些区域需要加入一个幂率谱进行拟合。拟合得到的各个区域的光子谱指数范围为2.55~3.35,这和典型的非热X射线辐射光子谱指数相近。Borkowski et.al(2007)(71)没有发现壳层处的幂率成分很可能是因为所选取区域过小,而忽略掉了N132D中弥漫的高能X射线辐射。同时我们发现N132D中的非热X射线辐射比较弥漫,而且和热辐射相混合,所占比例也较小(不超过40%)。我们估算得到N132D的磁场B=0.011×(ldiff/1pc)-2/3(mG),相比其他更年轻的壳层型超新星遗迹中的磁场要小很多。在此基础上我们又估算了N132D中磁能密度(B2/8π)和ρV3的关系,结果和前人工作所得到的关系图吻合的很好。因此我们认为壳层型超新星遗迹N132D中确实存在非热X射线辐射。但是由于N132D的年龄相对Cas A和Kepler这些超新星遗迹来说比较大,激波速度相对较低,扩散激波加速的效率随之降低,磁场也没有其他几个超新星遗迹中那么高。处于准Sedov相的N132D中的高能粒子加速正在迅速降低,以至于我们在N132D中只能观测到微弱且弥漫的X射线同步辐射。
最后,我们在第四章中对全文进行总结,并且对该领域的未来进行了展望。