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“热混合型(thermal composite)”或“形态混合型(mixed-morphology)”遗迹是近年来发现的超新星遗迹的一个新种类。这类遗迹的共同特征是在射电波段表现为壳层形态,而在X射线波段中间增亮,以热辐射占主导,而边缘暗弱:它们往往在比较致密的环境中形成,而且已经充分演化不再年轻。本文对X射线特性明显有异于公认的典型热混合型遗迹的、在内部又是热X射线增亮的若干超新星遗迹—本文称之为非典型热混合型超新星遗迹—DA530、3C397、G353.6-0.7进行了多波段研究。本研究主要内容如下:
第一章简要回顾了超新星遗迹尤其是热混合型遗迹的背景知识,包括超新星和超新星遗迹的分类和演化模型。
第二章,我们主要研究了高银纬稀薄环境下的河内超新星遗迹DA530(G93.3+6.9)的X射线辐射。对ROSAT和Chandra空间望远镜的观测数据分析表明,这个遗迹的X射线辐射是热辐射,并且内部充满边缘暗淡。在射电波段,DA530则呈现出非常对称的壳层结构。这是一个稀薄环境下的非典型热混合型遗迹。HI数据显示,在它的射电壳层的边缘之外有一个项链状的HI气体层,这很可能是超新星爆发前的前身星产生的星风泡。我们模拟了在星风环境下爆震波的演化,结果和DA530的射电等形态一致。在遗迹的中心附近我们还探测到一个疑似脉冲星风云的结构。DA530内部弥漫的X射线谱特征和它极低的X射线光度表明之前超新星爆发输出的动能比标准模型的能量低很多(<1050 erg).综合这些发现,我们认为这个遗迹很可能是一个质量为8-12个太阳质量的前身星核塌缩后爆发的产物。这样的超新星遗迹在银河系中应该是比较普遍的,而人们对它们的研究却很少。我们提供了一个这方面很好的例子。
第三章里,我们讨论了热混合型遗迹的候选体3C397(G41.1-0.3)的多波段性质。这个河内遗迹在射电和X射线波段都非常亮[Lx(0.5-10 keV)~3×1038 ergs-1],并呈现一个很罕见的矩形形态,从东南向西北方向延长,垂直于星系盘。我们利用紫金山天文台德令哈望远镜进行了毫米波段的CO观测,在32kms-1视向速度附近发现了一个与遗迹成协的密度为30cm-3左右的分子云腔,从而解释了这个遗迹奇特的形态,并得到遗迹距离为10.3 kpc左右。同时通过HI自吸收测量,我们推翻了前人认为的38kms-1速度分量的分子云与遗迹成协的结果,证实其为前景云。Chaadra观测指出,3C397的内部X射线辐射是热辐射,呈高度不均匀的团块状分布,富含金属,且包含高(>1.5keV)低(<0.5 keV)温两种或更多成分,得到的气体密度梯度与西面有分子云一致。遗迹内没有探测到致密点源的存在。X射线金属线辐射的等值宽度图揭示了其在分子云中爆发的不对称性。X射线三色图上两个环状和类似喷流的结构有可能是不对称爆发的残骸。3C397的多波段观测特性由爆发抛射的金属与分子云的早期作用所支配,因此它很可能处于热混合型遗迹的演化早期。
第四章给出了一个与伽玛射线源成协的年老超新星遗迹的最好例子—G353.6-0.7,其射电、X射线轮廓与延展的TeV伽玛射线源HESS J1731-347吻合得非常好。我们认为,G353.6-0.7是这个伽玛射线源的最好的对应体。G353.6-0.7的射电辐射呈壳层状,X射线呈半月形;它的X射线热辐射温度很可能比一般的典型热混合型遗迹高很多(>2.8 keV)。基于热混合型遗迹的性质和TeV伽玛射线的发射机制,热混合型遗迹有可能是TeV伽玛射线发射源的候选体。
第五章总结了这里的工作结果,并对后续工作进行了展望。附录中介绍了对Swift邻近星系巡天的数据分析和初步结果。我们对111个星系进行了多波段图像和X射线谱分析,这些星系的X射线光度和恒星形成率显示有相关。同时我们发现了两个新AGN和23个新ULX的候选体,并给出了他们的谱和时变性质。我们还利用这个大样本搜索紫外非常亮的类星体,来研究星系晕的吸收线;但没有找到这样的新个体。