Геометрия галактической петли

Суть

Представлены данные наблюдений о природе петель Галактического континуума. Обсуждается их круговая геометрия. Была найдена связь между особенностями нейтрального водорода в средних и высоких широтах и петлями континуума. Предлагается связь между Петлей I и убегающей звездой кси-Ophiucus. Имеющиеся данные, по-видимому, способствовали гипотезе о том, что остатки сверхновых звезд связаны с происхождением галактических петель.

Введение

Существование гребней расширенного излучения континуума, идущего в высокие широты, известно с самых ранних дней радиоастрономии. Было показано (Квигли и Хаслам, 1965), что в хорошем приближении три наиболее заметные из этих особенностей следуют дугами малых окружностей, центры которых лежат на средних широтах, причем большинство из них имеют меньшие гребни, лежащие внутри этих окружностей. Ранее две большие дуги, или шпуры, как их обычно называют, назывались Северным Полярным Шпуром и Дугой Четса. В этом документе будет принята терминология, в соответствии с которой термин «шпур» будет относиться к единственному признаку гребня, выступающему из плоскости Галактики, в то время как название «петля» будет дано сочетанию особенностей, которые образуют маленький круг. Название North Polar Spur будет использоваться только для интенсивного континуумного гребня, который проходит до высоких положительных широт около b = 30°. Полная дуговая особенность, предложенная Ларджем и др. (1966), будет называться Loop I. Дуга Четса всегда будет называться Loop II, в то время как третий объект уже известен как Loop III.

На протяжении ряда лет было предложено несколько теорий, объясняющих природу шпуров. В настоящее время некоторые из них могут быть отклонены как несовместимые с улучшенными данными наблюдения. Однако, ни одна из оставшихся не является полностью убедительной. В настоящее время наибольшую поддержку получают:
1 — Петли являются остатками:
а – вспышек сверхновых типов I и II;
б - «Супер»-вспышки сверхновых;
2 — Шпуры соединяются через плоскость Галактики, чтобы сформировать одну спиральную структуру (Rougoor, 1966);
3 — Шпуры являются «радиомаркерами» спирального локального галактического магнитного поля, найденного по измерению оптической поляризации (Mathewson, 1968);
4 — Бингам (1967) предположил, что шпурами могут быть пузырьки или петли в локальном магнитном поле, выступающие с одной стороны плоскости Галактики, и из-за неустойчивости поля к давлению космических лучей.

Нейтральный водород и галактические петли и шпуры

Недавно был опубликован краткий отчет об этой работе (Berkhuijsen et al, 1970). Сейчас мы его обсудим более подробно.

Loop I

Единственная ранее отмеченная зависимость между галактическими шпурами и нейтральным водородом была обнаружена Лозинской (1964), которая отметила дефицит HI на вершине гребня Северного Полярного Шпура.

Работа МакГи и соавт. (1963) дает контурные карты яркостной температуры максимума профилей низкоскоростного нейтрального водорода. Если положения крутых внешних наклонов сплошного излучения из Северного полярного шпура, полученные из Cas-well и др. (1967), Williams et al. (1966) и Haslam et al. (1964), нанести на карты HI (рис.4), эти наклоны, как видно, совпадают со шпуром в нейтральном распределении водорода. На этом рисунке также изображен внешний наклон гребня континуума при дельта≈ +10°, взятый у Касуэлла и др. (1967). Гребни P и U от Large et al. (1966), включаются вплоть до предела этого обследования при a = 16 часов. Как видно, все эти особенности имеют близкое совпадение с аналогичными особенностями HI. Сильное фоновое усиление HI, лежащее в основе внутренних гребней, вполне могло быть связано с поясом Гулда (Davies, 1960).

(далее пропускаем)

Область вокруг Северного галактического полюса при b > +80° была исследована на наличие нейтрального водорода в интервале скоростей ±100 км / с Дитером (1964). Она нашла доказательства для двух компонент газа по всей площади, одна двигалась со скоростями около нуля, а другая - со скоростями от -20 до -55 км / с. На рисунке 3 из ее статьи показано усиление Hi в области +80°<b<+86°, 260°<l<20 ° для обоих компонентов. Эта область показывает нулевые или малые положительные скорости для пиков малой скорости по сравнению с малыми отрицательными скоростями вне ее. Высокий интервал скоростей показывает составляющие от 20 до 30 км / с внутри области со скоростями исключительно между -30 и -55 км / с снаружи. Таким образом, кажется, что даже в этих высоких галактических широтах, вероятно, наблюдается нейтральный водород, связанный с Петлей I.

Модель оболочки для Loop I

Представленные выше доказательства, по-видимому, благоприятствуют гипотезе о том, что петли являются результатом взрывов сверхновых. Если Петля I является остатком сверхновой большого возраста, можно было бы ожидать найти нейтральный водород в «ударной» области модели Ван-дер-Лаана (1962). Поэтому представляется правдоподобным применить такую модель к данным наблюдения за Loop I.

Для получения оценки характеристик HI, связанного с Петлёй I, была рассмотрена модель сферической оболочки с равномерной плотностью. Её максимум поверхностной плотности, касательный к внутренней поверхности оболочки, лежит на несколько градусов вне максимума излучения сплошной среды.

По результатам работы ван Куйленбурга было оценено, что максимальная поверхностная плотность HI на Северном Полярном Шпуре лежит примерно на 5° вне максимума континуума, при полуширине поверхностной плотности HI 5°. Это дает толщину оболочки HI около 3°, а средняя поверхностная плотность оценивается в (20 ± 10) × 10^19 атомов / см^2. Толщина, плотность и масса HI-оболочки могут быть рассчитаны для вероятных расстояний до максимума континуума, выбранного для совместимости с данными оптической поляризации (Mathewson, частное сообщение, Seymour, 1969). Эти значения вместе с размерами и расстояниями как для внутренней поверхности оболочки HI, так и для максимума оболочки континуума приведены в таблице 2. Небольшое число атомов на линии наблюдения к центру оболочки затруднит обнаружение компонент скорости, относящихся к передней и задней сторонам оболочки.

Представляет интерес тот факт, что если масса HI-оболочки Loop I будет равномерно распределена по всей сфере, полученная плотность будет примерно в 0,09 раза больше плотности в оболочке. Это порядка средней плотности HI вблизи Солнца, если Dc <100 парсек. Кроме того, если бы весь HI в оболочке был ионизирован, мера излучения в точке максимальной поверхностной плотности составляла бы около 5400 / Dc см-6 пк.

Вывод

Было показано, что существует корреляция между галактическими петлями и нейтральным водородом. Из теорий происхождения петель, упомянутых в разделе 1, гипотеза остатка сверхновой кажется наиболее совместимой с геометрией петель. Однако по имеющимся в настоящее время данным не представляется возможным определить, является ли более вероятным, что эти особенности представляют собой остатки нормальной сверхновой или супер-сверхновых звезд. Еще остаются нерешенными проблемы, связанные с высокой степенью округлости петель даже там, где они, кажется, пересекли плоскость Галактики и широтным изменением их интенсивности.

Суть

Представлены данные наблюдений о природе петель Галактического континуума. Обсуждается их круговая геометрия. Была найдена связь между особенностями нейтрального водорода в средних и высоких широтах и петлями континуума. Предлагается связь между Петлей I и убегающей звездой кси-Ophiucus. Имеющиеся данные, по-видимому, способствовали гипотезе о том, что остатки сверхновых звезд связаны с происхождением галактических петель.

Введение

Существование гребней расширенного излучения континуума, идущего в высокие широты, известно с самых ранних дней радиоастрономии. Было показано (Квигли и Хаслам, 1965), что в хорошем приближении три наиболее заметные из этих особенностей следуют дугами малых окружностей, центры которых лежат на средних широтах, причем большинство из них имеют меньшие гребни, лежащие внутри этих окружностей. Ранее две большие дуги, или шпуры, как их обычно называют, назывались Северным Полярным Шпуром и Дугой Четса. В этом документе будет принята терминология, в соответствии с которой термин «шпур» будет относиться к единственному признаку гребня, выступающему из плоскости Галактики, в то время как название «петля» будет дано сочетанию особенностей, которые образуют маленький круг. Название North Polar Spur будет использоваться только для интенсивного континуумного гребня, который проходит до высоких положительных широт около b = 30°. Полная дуговая особенность, предложенная Ларджем и др. (1966), будет называться Loop I. Дуга Четса всегда будет называться Loop II, в то время как третий объект уже известен как Loop III.

На протяжении ряда лет было предложено несколько теорий, объясняющих природу шпуров. В настоящее время некоторые из них могут быть отклонены как несовместимые с улучшенными данными наблюдения. Однако, ни одна из оставшихся не является полностью убедительной. В настоящее время наибольшую поддержку получают:
1 — Петли являются остатками:
а – вспышек сверхновых типов I и II;
б - «Супер»-вспышки сверхновых;
2 — Шпуры соединяются через плоскость Галактики, чтобы сформировать одну спиральную структуру (Rougoor, 1966);
3 — Шпуры являются «радиомаркерами» спирального локального галактического магнитного поля, найденного по измерению оптической поляризации (Mathewson, 1968);
4 — Бингам (1967) предположил, что шпурами могут быть пузырьки или петли в локальном магнитном поле, выступающие с одной стороны плоскости Галактики, и из-за неустойчивости поля к давлению космических лучей.

Геометрия галактической петли

Одним из возможных способов разграничения различных теорий природы галактических петель является изучение их геометрии на низких галактических широтах. Теории, упомянутые в Разделе 1, отличаются своими предсказаниями путей, по которым эти петли должны следовать в галактической плоскости. Гипотезы Ругура и Мэтьюсона предсказывают, что разные шпуры должны соединяться поперек плоскости, чтобы сформировать спиральную структуру. В противовес этому, если шпуры вызваны неустойчивостью межзвездного магнитного поля под давлением космических лучей, петли магнитного поля должны выступать с одной стороны плоскости, и не ожидается продолжения на экваторе Галактики. Если шпуры являются остатками сверхновых звезд, можно ожидать, что они будут появляться из плоскости, следуя строго тем же малым окружностям, что и в другом полушарии, если только не замедлятся увеличением плотности материала в плоскости Галактики.

Йейтс (1968) утверждал, что следовал по Петле I по ее узкому круговому пути в южные широты. Его наблюдения были сделаны с разрешением 3º.5, и поскольку наблюдаемая особенность, по-видимому, не слишком близко следует ожидаемой малой окружности на самых южных широтах, было бы интересно получить наблюдения этого района с высоким разрешением.

Холден (1969) сделал вывод из своих наблюдений на частоте 178 МГц, что нет доказательств расширения северного полярного шпура в галактическую плоскость ниже b = +11°. Сканирование фиксированной широты было сделано на частоте 408 МГц с использованием 250-футового телескопа в Jodrell Bank. Система наблюдений была идентична системе наблюдений, используемой для 408-мегагерцового обзора Haslam et al. (1970). Сканы были сделаны в диапазоне долготы 5°≤l≤40° и были разделены на половины интервалов для -2°≤b≤+10°. На рисунках 1 (a) и 1 (b) показаны развертки с постоянной шириной 240 МГц от Haslam et al. (1964) и 408 МГц развертки для +10°≤b≤+4°.

Легко узнаваемый своим острым внешним краем при l ≈ 30°, основной гребень Северного Полярного шпура, как видно, простирается вниз, по крайней мере, до = 8°. Этот результат подтверждается обзором Берхойзен (1971) 820 МГц, который показывает, что он продолжается до b = +6°. Ниже этих широт Шпур путается в излучении галактической плоскости. Интенсивный внутренний гребень, показанный на рис. 1 (а), начиная с l ≈ 22°, b ≈ +14°, очевидно, продолжается дальше, чем b = +4°, с яркостью, по меньшей мере, равной яркости основного хребта. Таким образом, видно, что этот шпур продолжаются ниже b = +11° по пути малой окружности. Карта Берхойзен не показывает никакой связи между Северным Полярным Шпуром и концом Loop II при l = 50°.

На снимках Jodrell Bank 408 МГц область, в которой конец Петли III l≈155 входит в плоскость Галактики, была полностью нанесена на карту. Используя положения хребта к северу от плоскости, измеренные Turtle и Baldwin (1962), Seeger et al. (1965), Large и др. (1962 г.) и вышеприведенной обсерваторией, малая окружность была получена методом наименьших квадратов. Используемые положения гребня охватывают дугу лучшей малой окружности в 180°. Координаты центра этого круга вместе с радиусом и среднеквадратичными разностями между положениями гребня и малой окружностью приведены в таблице 1.

(далее пропускаем)

Круговая геометрия галактических петель. Крестиками отмечены фактические позиции гребня, полученные в процессе радионаблюдений. По ним были построены гипотетические малые окружности.