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天体物理学 > 高能天体物理现象

arXiv:2410.00420v1 (astro-ph)
[提交于 2024年10月1日 ]

标题: 一种自洽的非平衡态冲击加热等离子体模型,用于从X射线观测中直接约束参数

标题: A self-consistent model of shock-heated plasma in non-equilibrium states for direct parameter constraints from X-ray observations

Authors:Yuken Ohshiro, Shunsuke Suzuki, Yoshizumi Okada, Hiromasa Suzuki, Hiroya Yamaguchi
摘要: 对超新星遗迹等受到冲击波加热的等离子体的X射线观测通常表现出温度和电离非平衡的特征。为了准确解释这些观测结果,对平衡过程进行精确计算至关重要。在这里,我们提出了一种自洽模型,用于描述冲击波加热等离子体的热X射线发射,该模型考虑了温度和电离非平衡条件。对于给定的激波速度和初始电子与离子温度比值,通过同时求解温度和电离的弛豫过程,计算了每种元素的温度和电离状态的时间演化。由此得到的热X射线谱通过结合我们的模型与AtomDB光谱代码来合成。我们将我们的模型与XSPEC软件包中的恒温非平衡电离模型\texttt{内}进行比较,发现\texttt{内}模型低估了电离时间尺度约30%。我们在XSPEC中实现了我们的模型,以直接约束激波波前的性质,例如激波速度和碰撞电子加热效率,从冲击后等离子体的热X射线发射中得出。我们将此模型应用于N132D超新星遗迹的存档钱德拉数据,得出了激波速度为$\sim 800~\mathrm{km\,s^{-1}}$的限制,这与先前的光学研究一致。
摘要: X-ray observations of shock-heated plasmas, such as those found in supernova remnants, often exhibit features of temperature and ionization non-equilibrium. For accurate interpretation of these observations, proper calculations of the equilibration processes are essential. Here, we present a self-consistent model of thermal X-ray emission from shock-heated plasmas that accounts for both temperature and ionization non-equilibrium conditions. For a given pair of shock velocity and initial electron-to-ion temperature ratio, the temporal evolution of the temperature and ionization state of each element was calculated by simultaneously solving the relaxation processes of temperature and ionization. The resulting thermal X-ray spectrum was synthesized by combining our model with the AtomDB spectral code. Comparison between our model and the \texttt{nei} model, a constant-temperature non-equilibrium ionization model available in the XSPEC software package, reveals a 30\% underestimation of the ionization timescale in the \texttt{nei} model. We implemented our model in XSPEC to directly constrain the shock wave properties, such as the shock velocity and collisionless electron heating efficiency, from the thermal X-ray emission from postshock plasmas. We applied this model to archival Chandra data of the supernova remnant N132D, providing a constraint on the shock velocity of $\sim 800~\mathrm{km\,s^{-1}}$, in agreement with previous optical studies.
评论: 17页,12幅图,已被《天体物理学杂志》接受发表
主题: 高能天体物理现象 (astro-ph.HE)
引用方式: arXiv:2410.00420 [astro-ph.HE]
  (或者 arXiv:2410.00420v1 [astro-ph.HE] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2410.00420
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Yuken Ohshiro [查看电子邮件]
[v1] 星期二, 2024 年 10 月 1 日 05:59:18 UTC (3,446 KB)
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