Петля I (северный полярный шпур) - основная особенность локальной межзвездной среды.

Петля I (северный полярный шпур) - основная особенность локальной межзвездной среды.

 

Суть.

Этот обзор касается Loop I (North Polar Spur), угловато огромной особенности высокоширотного радиоизлучения галактического континуума. Актуальные наблюдения представлены в диапазоне длин волн от радиодиапазона до гамма-лучей. Рассматриваются многие теории происхождения особенностей. Особое внимание уделено гипотезе о том, что объект является остатком сверхновой, находящейся ближе всего к Солнцу. Упоминается, что Loop I может иметь большое влияние на нашу локальную межзвездную среду.

 

Введение.

За десять лет с момента публикации последнего общего обзора по галактическим радио-петлям (Haslam et al., 1971) появилось множество новой информации. В настоящее время сделаны наблюдения в большинстве возможных диапазонов длин волн. Хотя наше понимание этих интригующих объектов все еще содержит значительное количество незакрепленных концов и вопросительных знаков, теория их происхождения от сверхновых получила повышенную респектабельность за этот период, во многом благодаря обширным наблюдениям рентгеновского излучения от Loop I.

Четыре основных петли обычно распознаются (рис. 1), и они хорошо видны на непрерывной картине сплошного радиосигнала, например, на рисунке 2. Кроме того, был предложен ряд других структур радиопетель (например, Милоградов-Турин 1970 г.), в то время как недавнее открытие аналогичных особенностей HI и рентгеновских лучей (например, Heiles 1979, Nousek и др. 1981) предполагает, что большие оболочки могут быть довольно общей и важной особенностью межзвездной среды. В настоящее время такие наблюдения, по-видимому, имеют частичную актуальность с учетом предположений о том, что старые остатки сверхновых (SNR), вероятно, формируют характер значительной доли межзвездной среды (McKee & Ostriker 1977). Кроме того, было предложено, что оболочки этих старых SNR могли быть ответственны за большую часть излучения, составляющего галактический синхротронный радио-фон (Berkhuijsen 1971; Sarkar 1982).

Для настоящего обзора было решено ограничить материал рассмотрением только петли I. Это гипотетическая структура, которая включает в себя яркую особенность радио континуума, часто называемую Северным полярным шпуром (North Polar Spur, NPS). NPS хорошо видно на рисунке 2 как яркую эмиссионную дугу, поднимающуюся примерно перпендикулярно от плоскости Галактики при l≈30° и изгибающуюся в направлении более низкой долготы, чтобы пройти всего несколько градусов от северного галактического полюса. Выбор ограничения материала для рассмотрения петли I был сделан, поскольку большинство последних наблюдений, относящихся к петлям Галактики, имеют дело исключительно с петлёй I, которая является угловым самым крупным и самым ярким из этих объектов. Хотя нельзя автоматически предполагать, что все известные петлевые структуры или даже петли континуума радиосвязи имеют сходное происхождение, это может казаться возможной ситуацией, и углубленное изучение петли I может оказаться плодотворной отправной точкой для рассмотрения других петлей. Дополнительной причиной для выделения Loop I является недавнее предложение о том, что свойства локальной межзвездной среды, окружающей Солнце, вполне могут быть обусловлены прохождением внешней ударной волны, связанной с Loop I SNR (Frisch 1981; Crutcher 1982). Если это действительно показано, то это тесное отношение между объектом и нами оправдывает особое внимание, уделяемое ему.

На практике петле IV также будет уделяться больше внимания, чем другим петлям, поскольку она полностью содержится в пределах границы петли I. Связь петли IV с петлёй I была предложена рядом авторов, и ее рассмотрение имеет важное значение для понимания некоторых недавних сценариев для более крупной, более понятной особенности.

Основные данные наблюдения по петле I будут представлены в разделах 2-6 с минимальным указанием на их возможную интерпретацию. Эта интерпретация будет предметом последующих разделов.

 

Полная интенсивность.

Хотя яркая дуга RCNPS была настолько интенсивной чертой на ранних континуумных съемках, где могло бы быть найдено любое расширение дуги было не совсем ясно. Ряд авторов (Large и др., 1962, Davies 1964, Guidice 1971) связывали эту особенность с более слабой эмиссионной дугой вблизи (300°, 65°), которая теперь обычно считается частью петли IV. Однако, используя стереографическую проекцию, Large et al. (1966) отметил, что RCNPS в отличном приближении прослеживал небольшую окружность в небе. Они продемонстрировали, что слабый континуальный гребень, лежащий вдоль l≈268° и длиной около 25°, хорошо согласуется с предсказанной траекторией этой малой окружности, несмотря на некоторое отклонение от окружности ниже b = 25°. Хотя любая эмиссия, связывающая два хребта, ниже чувствительности существующих исследований и предлагаемая связь является чисто геометрической, их объединение получило широкое признание. Гипотетический круглый объект на небе, из которого эти хребты образуют наблюдаемые радио сегменты, стал известен как Loop I. Следует подчеркнуть, что точная геометрия и даже реальность такой особенности не являются полной уверенностью. В частности, доказательства продолжения петли I ниже плоскости Галактики в лучшем случае фрагментарны. С другой стороны, наблюдения, описанные ниже нейтральной водородной линией лимбда 21 см и мягкого рентгеновского излучения, сильно поддерживают NPS, являясь частью более крупной когерентной структуры. Berkhuijsen et al. (1971) установили небольшую окружность на пики радио-гребней и получили центр для характеристики петли I (329°,0 ± 1°,5, 17°,4 ± 3°,0) и диаметром 116° ± 4°. Над 155° дугой окружности, где данные были измеримы, r.m.s. отклонение наблюдаемого хребта от подогнанного круга составляло 0°,9.

(один абзац пропустил)

Помимо Loop IV, Large и др. (1966) каталогизировал ряд других континуумных хребтов в Loop I. Они были подтверждены и дополнены рядом авторов (Merkelijn & Davis 1967, Holden 1969, Berkhuijsen 1971, Haslam и др. 1981). Large и др. обнаружили, что с заметным исключением петли IV большинство хребтов были примерно концентрическими по отношению к петле I. Berkhuijsen (1971) пришел к аналогичному общему выводу, но отметил, что несколько хребтов в ее обширной коллекции этих особенностей заметно отклонились от нормы. Она также отметила, что ряд гребней, по-видимому связанных с петлей I, включая некоторые боковые ветви основного хребта RCNPS, расположены за пределами малой окружности, определяющей петлю. Это наблюдение вместе с исследованиями линейной поляризации того же автора и наблюдениями Хай (см. Разделы 2.2 и 3) показывает, что зона влияния Loop I еще более обширна, чем это предлагает RCNPS. Холден (1969) уже пришел к выводу, что выброс вне главного хребта RCNPS в более низких широтах оказался продолжением объекта. Наблюдая на частоте 178 МГц с относительно высоким разрешением в 20 угловых минут, Холден обнаружил резкие шаги в наклонах края как RCNPS, так и внутренних и внешних хребтов. На типичном шаге яркостная температура резко повышалась примерно на 100 K. Несмотря на малую угловую ширину, часто не решаясь на частоте 178 МГц, шаги имели типичные длины 6°. На расстоянии до такого шага 100 пк линейный проекционный размер на шаге будет составлять ≤0.4 пк, тогда как проекция его длины будет ≈12 пк.

(один абзац пропустил – там подробная морфология – так подробно вроде не надо)

Со времен самых ранних обследований мало кто сомневается, что RCNPS излучает преимущественно с помощью синхротронного механизма. Это подтверждается как его крутым радио-спектром выше 100 МГц, так и высокой процентной поляризацией, обнаруженной для излучения выше 400 МГц. Тем не менее, точная форма спектра радиоконтинуума все еще не определена, с возможностью существования сглаживания или даже оборота (прим: опрокидывания?) в спектре частот 1сигмаw. Кроме того, иногда высказывалось предположение, что спектральные свойства объекта могут быть частично сформированы из-за присутствия ионизованного материала либо внутри объекта, либо на переднем плане.

(дальше пропускаю)

 

Линейная поляризация.

Линейная поляризация радиоизлучения от RCNPS хорошо видна из наблюдений, охватывающих частотный диапазон 408-1415 МГц. Типичным из этих исследований является обширная серия наблюдений, сделанных в 1960-е годы с использованием 25-метрового телескопа Dwingeloo на нескольких частотах и недавно выпущенных в качестве атласа карт Броува и Спольстра (1976). Карта 1415 МГц из этого атласа показана на рисунке 4 и демонстрирует высокую поляризацию над NPS.

Замечательное раннее исследование поляризационных данных было сделано Бингемом (1967), который объединил свои собственные данные 1407 МГц, охватывающие практически весь RCNPS, с уже существующими более низкочастотными голландскими результатами. Впоследствии полные голландские наблюдения были интерпретированы в ряде работ (Berkhuijsen 1971; Spoelstra 1971, 1972).

Бингам представил карту меры вращения (RM) над NPS при b≥40°. Он обнаружил, что знак RM был в основном положительным, и его величина возрастала в сторону более низких широт. К северному галактическому полюсу RM очень малы и чередуются по знаку, указывая на то, что магнитное поле, пройденное излучением, было по существу перпендикулярно линии наблюдения (то есть параллельно плоскости Галактики). Он принял обширную поляризацию на голландских картах 408 МГц, что означает, что большая часть вращения происходит между NPS и Солнцем, а не внутри источника, который обеспечивал бы большую деполяризацию фронта-назад на этой частоте. Spoelstra представил в своих двух публикациях карты RM отдельно для секций с низкой и высокой широтой NPS. При b> 50° его производные (прим: решённые?) значения RM значительно выше, чем у Бингама, со средним значением ≈4 рад м-2. Ниже b = 50 ° меры вращения обычно составляют ≤14 рад м-2, причем более высокие значения находятся там, где направление прогнозируемого магнитного поля становится перпендикулярным к NPS (см. Ниже). Spoelstra сделал вывод, что для общепринятых значений межзвездного магнитного поля 1-5 мкG и плотности электронов 0,06 см-3 RM соответствуют расстоянию 50-100 пк, что наводит на мысль, что NPS является относительно локальным объектом.

Используя значения RM для получения направлений векторов поляризации, Бингхэм обнаружил, что выше b ≈ 40° магнитное поле в областях излучения по существу параллельно NPS по крайней мере на 15° с каждой стороны гребневого пика. Для высоких широт Спольстра пришел к подобному заключению, но ниже b ≈ 45° он показал совсем другую ситуацию. В области 30° < l < 35°, 26° < b < 40° внутренние поляризационные позиционные углы подразумевают магнитное поле, которое по существу перпендикулярно NPS. Это также относится к положениям на внутренних гребнях, проходящих через (24 °, 27 °) и (24 °, 35 °). Возможно, что эта область RCNPS имеет структуру радио континуума, которая показывает наложенные полукруглые особенности внутри и на основном хребте (Haslam, Salter & Sieber, личное сообщение). Эту круговую структуру (рис. 5) можно проследить по окружности 200° с центром (25°.8 ± 0°.6, 33°.3 ± 0°.6) и диаметром 13°.5 ± 0,8. Его хребетный пик отклоняется от этого наилучшего маленького круга на 0°.35. Spoelstra показал, что выше b = 45° векторы поляризации меняют направление от параллельного до перпендикулярного к гребню NPS. Этот эффект наступает в более низких широтах, прямо за хребтом шпура.

Чтобы оценить процент поляризации излучения RCNPS, Бингам построил свои поляризационные температуры T_B^P по отношению к общим температурам T_B в каждой точке. В высоких широтах, где RM малы, он обнаружил сильную корреляцию между этими двумя величинами. Наклон наиболее подходящей прямой линии на графике предполагает однородную степень поляризации RCNPS для примерно 50-60% при наблюдении с разрешением 2°. Такое высокое значение означает, что магнитное поле внутри объекта хорошо выровнено по интенсивности (прим: силе). Беркхайзен также исследовал количественное содержание поляризации излучения RCNPS, используя графики T_B^P по отношению к T_B на данной широте. Из этих графиков она сделала следующие выводы:

· Ниже b ≈ 30 ° нет никакой связи между T_B and Tb.

· При b> 30° прямые линии хорошо соответствуют графикам, давая процент поляризации, который увеличивается с увеличением широты.

· При 50 ° <b <70 ° процент поляризации на 1411 МГц составлял около 74%, что примерно максимально возможное значение для синхротронного излучения. Она считала, что несколько более низкие значения, найденные Бингемом, были вызваны деполяризацией из-за большей ширины луча в Кембриджских наблюдений.

· Процент поляризации на частоте 820 МГц неизменно был ниже, чем на 1411 МГц. Это она приписывала сочетанию деполяризующего эффекта большего фарадеевского вращения и большей ширины луча телескопа на более низкой частоте.

· По ее мнению, процент поляризации был несколько ниже на пике хребта RCNPS, который, как она отметила, согласуется с деполяризацией Фарадея в слое HII, который, как она предположила, присутствует там (см. Раздел 2.1).

· Из значений ТB на пересечении ТBP = 0 наилучших прямых линий она сделала вывод о том, что в основе излучения RCNPS во всех рассматриваемых широтах лежит существенно неполяризованный фон с довольно равномерной интенсивностью.

Используя подобную технику, Сполстра подтвердил, что процент поляризации был близок к теоретическому максимуму для 65 ° <b <75 °, что снова демонстрирует крайнюю регулярность поля. Ниже b = 50° он все же обнаружил области с процентными значениями поляризации, превышающими или равными 75% от теоретического максимума. Он отметил, что самые высокие проценты там находятся при b = 35 ° и b = 50 °. Он оценил, что в этих областях NPS отношение силы компоненты упорядоченного магнитного поля, перпендикулярной линии наблюдения, к компоненте случайного поля составляет около 2,8. Однако он согласился с Беркхойзеном в том, что вблизи нижнего предела широты b = 20° его обзора линейная поляризация значительно ниже линейной поляризации общего галактического фона. Интересно, что Spoelstra нигде не обнаружил позиционного сдвига между максимумом полной мощности и поляризованными интенсивностями.

В широтном диапазоне 40° < b < 55° Бехуйсен обнаружила, что высоко поляризованные интенсивности на частоте 1411 МГц продолжались далеко за пределами RCNPS примерно до l = 60°. Из положения углов векторов поляризации она предположила, что этот эффект был связан с петлёй I. Это, наряду с наличием полных энергетических гребней и ступеней за пределами RCNPS (см. Раздел 2.1), привело ее к заключению, что влияние Loop I можно увидеть значительно дальше основного хребта RCNPS. Шпельстра отметил, что излучение гребней внутри петли I сильно поляризовано. Там, где встречаются хребты, он обнаружил более низкие проценты поляризации, предположительно из-за вектора, суммирующего компоненты с различным углом положения в его луче. Spoelstra не смогла обнаружить прямого продолжения NPS за пределами l ≈ 320° в распределении интенсивности по поляризации. Наконец, ни в одной части NPS он не мог найти никакой корреляции между поляризованными интенсивностями или распределениями RM и поверхностной плотностью нейтрального водорода (см. Раздел 3).

(дальше не надо)

 

Пропустим)

 

Оптические наблюдения.

Теории об NPS and Loop I.

На протяжении последних 25 лет наблюдалось увядание предложений относительно природы NPS и петли I. В первые дни была известна только яркая дуга RCNPS, и большинство теорий тех времен больше не соответствовало нынешнему богатству данных наблюдения. Неизбежным результатом этой массы наблюдательного материала стала растущая изощренность, требуемая от этих теорий. В то время как сегодня модели, которые наиболее совместимы с измерениями, являются вариантами теории, согласно которой остатки всплеска SN являются главным действующим лицом в этой космической драме, все же существуют значительные возможности для разногласий. Возраст и стадия эволюции остатка, обстоятельства, определяющие излучение в различных диапазонах длин волн, и среда, в которой расширяется оболочка, являются точками некоторой неопределенности. В настоящем разделе мы кратко суммируем множество основных теорий, предложенных на протяжении многих лет, для учета петли I / NPS и рассмотрим некоторые трудности, с которыми столкнулись каждая из них.

Некоторые из первоначальных теорий столкнулись с трудностями, поскольку RCNPS не только считался полным объектом, но и первоначально предполагалось, что он лежит вдоль большого круга в небе. Например, Джонсон (1957) предположил, что НПС может быть проявлением столкновения между нашей Галактикой и другой спиральной галактикой. Тунмер (1958) полагала, что NPS представляет собой большой пояс излучения, перпендикулярный к плоскости Галактики. Это она объяснила как эффект радуги, вызванный свойствами распространения электронов космических лучей с разными углами наклона к магнитному полю вдоль спирального рукава и направленными свойствами синхротронного излучения.

Браун и др. (1960) подготовили две альтернативные теории для учета RCNPS. Сначала они предположили наличие короткого незначительного рукава или связи между спиральными рукавами Ориона и Стрельца. Они предположили, что эта особенность была параллельна плоскости Галактики, но на высоте около 300 пк над плоскостью, и сфокусировала угол около 15 ° при ближайшем приближении к Солнцу. Хотя они смогли воспроизвести общую геометрию RCNPS и требуемая радиоизлучающая способность рукава не была несовместима с той, которая производилась другими спиральными рукавами, ряд возражений делает эту идею маловероятной сегодня. Крайняя цикличность RCNPS и Loop I, существование HI NPS и XNPS на противоположных сторонах RCNPS и очевидная ассоциация NPS с внутренними и внешними хребтами могут быть упомянуты как особые трудности.

Софуэ (1973, 1976) сделал недавнюю попытку возродить модель межпространственных связей. Он предположил, что радио шпуры представляют собой радиоизлучающие области в форме откосов над спиральными рукавами и межруковыми связями. Он заметил область с высоким оптическим затемнением при / = 20 ° -30 °, b> 0 °, где RCNPS приближается к галактической плоскости, и предположил, что области с большим затенением в Млечном Пути обусловлены касательным наблюдением галактических ударов, в которых газ и пыль сжаты. На его снимке радиокадры выступают из спиральных рукавов в ореол, накачиваясь неустойчивостью межзвездного магнитного поля до давления космических лучей. Он также связывает АПЛ с местным межстраничным звеном при / ^ 25 °. Модель Софу кажется открытой для той же критики, что и у Брауна и др.

Вторая модель Brown et al. выдержала испытание временем значительно лучше, хотя многие дополнения и модификации были внесены в течение многих лет. Они предположили, что NPS является самым ярким сегментом SNR и предсказывает, что внешний край RCNPS должен быть более острым, чем внутренний край, в то время как область внутри шпура должна иметь более интенсивное излучение, чем внешнее. Эти предсказания, судя по всему, хорошо подтверждены как радиоизлучением континуума, так и рентгеновским излучением. Со времени своего предложения эта теория получила довольно много критики. Это, а также её заметные успехи в объяснении многих особенностей Loop I будут подробно рассмотрены в следующем разделе.

В радикально иной подход: Rougoor (1966) попытался объединить различные петли и шпуры в один объект. Он отметил, что по имевшимся тогда свидетельствам можно было представить, что Петля I пересекала плоскость так, что плавно переходила в Петлю II, что, в свою очередь, соединяло Петлю III, которая сама сталкивалась с южным шпуром в l 80°. Он предположил, что вся структура может представлять собой спираль с осью, направленной в сторону (110 °, 0 °). Mathewson (1968) расширил идею объединения петель. Рассматривая поляризацию звездного света, он обнаружил, что он мог воспроизвести общую картину углов поляризации по модели, в которой локальное магнитное поле имеет спиральную структуру. Он отметил, что шпуры и области сильной радиополяризации следуют форме потока векторов оптической поляризации и заключает, что шпуры и петли являются индикаторами спиральной структуры магнитного поля местного спирального рукава. К этим теориям можно привлечь ряд объектов. Во-первых, были выдвинуты убедительные доказательства (Berkhuijsen и др. 1971) о том, что Loop III пересекает плоскость на своем круговом пути, а не соединяется с Loop II при l ^ 150 °. Аналогичным образом Sofue & Reich (1979) показал, что RCNPS продолжает свой небольшой круг до очень низких широт, что значительно отличается от предсказанного пути Мэтьюсона. Точный механизм, посредством которого местное винтовое поле должно проявляться как нитевидные петли, никогда четко не определялся, и также неясно, как модель могла бы объяснить XNPS.

Бингам (Bingham, 1967) выдвинул идею, которая учитывала бы предложенную специальную связь между петлями и плоскостью Галактики. Он предположил, что петли могут быть следствием неустойчивости межзвездного магнитного поля к давлению космических лучей (Parker, 1965). Бингем предположил, что с помощью этого механизма петли или пузырьки магнитного поля могут подниматься с одной стороны галактической плоскости со скоростями расширения около 100 км/с. Как только что было замечено, Петля III, по-видимому, пересекает плоскость, в то время как полный круг петли IV содержится в северном полушарии. Если все петли похожи, это устранит основную причину вызова этой картины. Также, как подробно описано в разделах 3 и 5, было предложено, что петлю I можно проследить вокруг почти полного круга через HI и рентгеновские лучи. Другая модель для Loop I, использующая искажение локального магнитного поля, была предложена Клубом (1968). Он считал, что пояс Гулда искажает локальное спиральное поле рукава, вызывая увеличение линий поля или уменьшение перпендикулярности к северу от плоскости в первом квадранте долготы. Эти линии поля имели бы радиус кривизны около 100 пс и были бы наглядными, как RCNPS. NPS на плоскости представляет трудности, и как объяснить горячую плазму XNPS не ясно.

(один пропущу, ибо там НЁХ)

Софуэ (1977) предложил совершенно другую теорию для Loop I. Это было почти как побочный результат его идей относительно формирования расширяющегося спирального рукава на 3kpc. Он предполагал изотропные MHD-волны от Галактического центра, распространяющиеся через гало и диск Галактики, и показал, что они с высокой эффективностью сходятся в кольцо в диске. Для его модели при t>108 лет примерно 80% энергии волн сходились бы в диске примерно на 3,5 кпк, а остальные расширялись бы квази-сферически в гало, образуя огромную оболочкоподобную структуру. Софуэ верил, что место, в котором малый круг НПС разрезает плоскость (21 °, 0 °), указывает, что он и рукав на 3 кпк соединены. Он произвел синтетические контуры интенсивности, ожидаемой от его гипотетической оболочки, и показал, что ниже b 60 ° они не похожи на RCNPS. Выше этой широты у него есть проблемы с воспроизведением формы Loop I. Автору настоящей серьезной проблемы с этой картиной является убедительным доказательство того, что Loop I является локальным. Свидетельства рентгеновских лучей, HI, линейной поляризации радиоконтинуума и оптической поляризации звездного света, казалось бы, говорят против петли, имеющей галактические размеры.

Недавно вариант гипотезы SNR был предложен Уивером (Weaver, 1979). Он считает (прим: учитывает) излучение HI от Loop I и получает центр кривизны в направлении (331°.3 ± 1°.3, 14°.0 ± 1°.4). Он также дает положение для радиоцентра Loop I (336°.0, 24°.0) с указанными ошибками менее 2°. Он использует их для вывода о том, что центры радиоконтинуума и HI отличаются по направлению более чем на 6сигма. Это наводит на мысль о том, что происхождение HI и радионитей должно быть в разных событиях. Он указывает, что центр ассоциации Sco-Cent OB находится на (330 °, 15 °) на расстоянии 170pc и что ассоциация содержит приблизительно 40 звезд с массой 10-20 масс Солнца в возрасте 1-2 x 107 лет. Уивер предлагает, чтобы массивные звезды в ассоциации производили сильные звездные ветры, которые раздували пузырь газа и пыли. Оставшийся материал от звездообразования ранее был затянут в линии-подобные образования, параллельные плоскости Галактики, путем дифференциального галактического вращения. Эти структуры содержали бы встроенное магнитное поле, параллельное их длине. Позднее они будут замечены расширяющимся пузырьком ветрового газа, сжатым в радиальном направлении и растянутым на поверхности пузырька, чтобы получить нити HI, показанные в Loop I. Близкая сторона пузыря в настоящее время будет очень близка к солнцу и Уивер вычисляет массу пузырька как zz 10eM® с диаметром ~ 300pc. Он полагает, что наблюдения Хай указывают на скорость расширения 2 км с ~ * и получают энергию для пузыря zz 1050 эрг.

Продолжая, Уивер (Weaver, 1979) предполагает, что радиоконтинуум связан с SNR петли I, вызванным последующим взрывом одной из наиболее массивных звезд в ассоциации Sco-Cent. Это распространилось на горячую однородную область с низкой плотностью, охваченную расширяющимся пузырьком, что позволяет ей расширяться до большого радиуса и при этом быть близко сферической. Он считает, что SNR в настоящее время просто сталкивается с внутренней поверхностью пузыря HI и где они взаимодействуют со скоростями до 50 км/с. Эта теория показала, что она была разработана в значительной степени из-за убеждения Уивера, что Радио и HI-центры Loop I не совпадают. Следует, однако, отметить, что Berkhuijsen и др. (1971) дали центр радиоконтинуума Loop I как (329°.0 ± 1.5, 17°.5 ± 3.0). Хейлес и др. (1980) недавно пересмотрели вероятную скорость расширения HI, связанного с петлей I, вверх от zz 3 км/с до 30 км/с. Это означало бы пересмотр вверх на два порядка величины энергии Уивера, полученной для его пузыря. Могут ли звездные ветры ассоциации Sco-Cent обеспечить 1052 эрг - вопрос.

 

Критика гипотезы.

Со времени выдвижения предложения Брауном и соавт. (1960) модели SNR для петли I, в частности, и петли Галактики в целом, она подвергалась значительной критике и модификации. Было предложено несколько вариантов основной темы с разной степенью успеха в сопоставлении с наблюдательными данными. Мы начнем настоящее рассмотрение гипотезы SNR с обобщенного рассмотрения полученной критики и некоторых ответов на эти вопросы, представленных ее сторонниками.

К числу наиболее мощных критических замечаний, которые должны быть предложены модели SNR, относятся следующие:

· Сиквист (1968) указал на очевидную трудность с гипотезой SNR, когда он отметил, что раннее поверхностное отношение (прим: связь) диаметра линейной яркости (СИГМА-D) (WTF!) Поведа и Вольтьера (1968) подразумевает расстояние до касательной точки Loop I, которое значительно меньше, чем 100 ± 20pc, полученное оптической поляризацией Бингхэмом (Bingham, 1967). Berkhuijsen et al. (1971) выразили оговорки, заключающиеся в экстраполяции отношения для работы с объектом, который значительно слабее любого SNR, используемого для получения формулы. Тем не менее Berkhuijsen (1973) переадресовывал проблему и показал, используя наиболее правдоподобные оценки расстояний до четырех основных контуров, что эти петли достаточно хорошо подошли к экстраполяции тогдашнего отношения СИГМА-D Иловайского и Леё (1972)). Ее наилучшая оценка расстояния до центра петли I составляла 130 ± 75 пк, что дало радиус оболочки 115 ± 68 пк, а расстояние до касательной точки 70 - 40 пк. Caswell & Lerche (1979) недавно пересмотрели соотношение 2 - D. Их пересмотренное отношение дает вероятное расстояние до центра Loop I 80pc, совместимое с оценкой Беркхайзена, но подразумевающее более близкое расстояние до касательной точки, чем получено Bingham. Заметим, однако, что как Спольстра (1972), так и Сеймур (1969) склонны предлагать более близкие расстояния, чем Бингем. Следует также помнить, что любое отношение 2-D получается эмпирически, и предсказания для любого конкретного SNR могут быть значительно ошибочными.

· Предложение о том, что галактические петли могут находиться вблизи SNR, всегда вызывало озабоченность тем, что предполагаемая плотность этих остатков может быть статистически маловероятной (Large и др., 1962; Bingham 1967). Эта проблема была особенно острой, когда считалось, что петли могут находиться на аналогичной эволюционной стадии с Cygnus Loop (например, Davies 1964). Berkhuijsen et al. (1971) рассмотрела эту трудность и пришла к выводу, что если бы петли были нормальными ОСШ, то вероятность найти такое количество вблизи Солнца была бы приемлемой, если бы они представляли собой старые, низкоскоростные SNR с типичными диаметрами ^ 130 пк, возрастом ^ 7 • 105 лет и с расстояниями между их центрами и солнцем zz 90pc. Caswell & Lerche (1979) пришли к выводу, что для расстояний, полученных от их отношения СИГМА - D, плотность петлей приемлема, если их несколько сотен тысяч лет. Эпохи этого порядка предлагаются для петель по их эмпирическому соотношению SNR 2 - t.

· Бингем (1967) вычислил, что в радиусе 150 пк ожидается, что the Cygnus Loop будет иметь скорость расширения 0,5 км / сек, а ее оболочка будет расширяться с сохранением линейного импульса. Рентгеновские наблюдения the Cygnus Loop предполагают, однако, что SNR в настоящее время находится в адиабатической фазе его расширения, и прямое применение сохранения импульса может дать грубую недооценку скорости, ожидаемой на данном радиусе. Кроме того, значение плотности локальной межзвездной среды является критическим параметром в эволюции SNR, а значения вблизи the Cygnus Loop и Loop I могут быть очень разными (Inoue et al., 1980). Попытки подогнать наблюдаемые параметры Loop I к моделям остаточного расширения описаны в разделе 8.2.

· Bingham (1967), как и Rougoor (1966), отметил на основе имевшихся тогда свидетельств, что петли I-III, по-видимому, имеют особые отношения с плоскостью Галактики. Сегменты их максимальной яркости расположены в более низких широтах, и они, казалось, приближаются к плоскости примерно под прямым углом, но не пересекают ее. Беркхайзен и др. (Berkhuijsen et al., 1971) утверждают, что следовал за высокоширотным концом Петли III поперек плоскости, как позднее подтвердил Милоградов-Турин (1972). Кроме того, если верно, предположение Беркхайзен и др. о том, что Петля IV может быть похожа на первые три петли, обеспечивает объект, полностью содержащийся к северу от b = 25 °, причем его самый яркий сегмент параллелен плоскости. Как подробно описано выше, Sofue & Reich (1979) продемонстрировали, что NPS приближается к плоскости не под прямым углом, а по ее прогнозируемой траектории малого круга. Предложения о том, что петлю I можно проследить на южных широтах в HI и рентгеновском излучении, также противоречили бы какой-либо особой связи с плоскостью.

· Многие авторы считают, что крайняя слабость оптического излучения, связанного с NPS (раздел 4.1), вызывает сомнение в отношении происхождения SNR. Объяснение этой слабости непонятно, хотя SNR может быть расширен в среде с очень низкой плотностью. Многие расчеты возраста предполагают, что петля I, если SNR, старше, чем большинство известных SNR, и наличие HI NPS, обширного холодного компонента, может означать, что его основная радиационная фаза уже прошла.

· Беркхойсен (1973) предложила диаметр для радиоконтинуума Loop I 230 ± 135pc. Если галактические петли действительно являются объектами таких размеров, почему не наблюдаются другие, более отдаленные SNR одинакового диаметра? Действительно, имеется дефицит признанных оболочек радио континуума с такими размерами. (…)

· Многие авторы были обеспокоены крайней кругообразностью галактических петель. Если петли - остатки сверхновых с радиусом zz lOOpc, то это близко к высоте шкалы газового слоя, и можно ожидать, что уменьшение плотности газа при высоких z может привести к искажению сферической симметрии оболочки при ее расширении. Проблема несколько упрощена для петли I, поскольку большой угловой диаметр подразумевает, что касательные точки на оболочке ограничивают торцевую крышку, а не лежат на плоскости, проходящей через центр. Тем не менее, это, безусловно, серьезная проблема, которая требует рассмотрения сторонниками гипотезы SNR.

Одно из возможных решений было предложено Шевалье и Гарднером (Chevalier & Gardner, 1974). Они сделали численные модели вспышек SNR вблизи плоскости, принимая во внимание градиент плотности газового слоя. Эти авторы заключают, что для остатка радиуса sslOOpc вполне вероятна сферическая форма для внешней части оболочки, но точка вспышки больше не будет отмечать центр оболочки.

· Sofue et at. (1974) подчеркивают, что во многих точках на NPS не наблюдается резкого увеличения доли оптической поляризации с расстоянием. Как подробно описано в разделе 4.2, Spoelstra также нашел это, хотя он и отметил более высокую поляризацию в направлении NPS, чем в любом другом направлении выше b≈60°. Ясно, что ситуация требует дальнейшего изучения, тем более что исследования, описанные в разделе 9, предполагают, что пылевые зерна, по крайней мере, в части оболочки Петли I, возможно, были в значительной степени разрушены.

· Sofue et al. (1974) также подчеркивают, что, если Loop I является старым низкоскоростным SNR, он не должен быть способен нагревать газ после своего удара до температуры 3 × 106 К, выведенной для XNPS. Следует отметить, что рентгеновское излучение исходит из внутреннего объема гипотетической оболочки, и, возможно, что это остаточный горячий газ из более ранней фазы расширения. Borken & Iwan (1977) впервые предложили альтернативную гипотезу о том, что задняя часть раковины подвергается активному нагреву до высокой температуры. Эта идея будет более подробно описана в разделе 8.3.

· Ранняя проблема теории SNR заключалась в том, как объяснить хребты радио континуума, связанные с петлёй I (раздел 2.1). Наиболее распространенным объяснением по-прежнему является то, что предложил Large et al. (1966), что гребни представляют собой рифление сферической оболочки, дающее увеличенную глубину в оболочке для определенных линий зрения.

· Наличие HI в оболочке SNR и его геометрия относительно радиоконтинуума является наблюдательным фактом, требующим объяснения. Если SNR находился в адиабатической фазе, то образование толстой HI оболочки не ожидается. Однако представляет интерес то, что Гилованелли и Хейнс (1979) нашли плотную оболочку HI, связанную с IC443, SNR обычно считающуюся находящейся в адиабатической фазе. HI в этом объекте, по-видимому, антикоррелирует с сильным радиоизлучением континуума, хотя с точки зрения положения вокруг оболочки, а не радиально. Ожидается, что на более поздних этапах эволюции SNR образуется толстая холодная нейтральная оболочка (Chevalier 1974), и это могло бы показаться наиболее вероятной эволюционной фазой для Loop I. Существование многих больших оболочек HI было недавно продемонстрировано Heiles (1979)) И Ху (1981). Радиальное смещение RCNPS и HI NPS является пунктом, который явно требует объяснения и, как описано в разделе 8.3, эта проблема недавно была решена Heiles и др. (1980 год).

 

Петля I (северный полярный шпур) - основная особенность локальной межзвездной среды.

 

Суть.

Этот обзор касается Loop I (North Polar Spur), угловато огромной особенности высокоширотного радиоизлучения галактического континуума. Актуальные наблюдения представлены в диапазоне длин волн от радиодиапазона до гамма-лучей. Рассматриваются многие теории происхождения особенностей. Особое внимание уделено гипотезе о том, что объект является остатком сверхновой, находящейся ближе всего к Солнцу. Упоминается, что Loop I может иметь большое влияние на нашу локальную межзвездную среду.

 

Введение.

За десять лет с момента публикации последнего общего обзора по галактическим радио-петлям (Haslam et al., 1971) появилось множество новой информации. В настоящее время сделаны наблюдения в большинстве возможных диапазонов длин волн. Хотя наше понимание этих интригующих объектов все еще содержит значительное количество незакрепленных концов и вопросительных знаков, теория их происхождения от сверхновых получила повышенную респектабельность за этот период, во многом благодаря обширным наблюдениям рентгеновского излучения от Loop I.

Четыре основных петли обычно распознаются (рис. 1), и они хорошо видны на непрерывной картине сплошного радиосигнала, например, на рисунке 2. Кроме того, был предложен ряд других структур радиопетель (например, Милоградов-Турин 1970 г.), в то время как недавнее открытие ана