超新星遗迹HUBS高分辨X射线观测的仿真模拟研究

Hot Universe Baryon Surveyor is the first planned mission of X-ray observatory with high-resolution in China. The primary scientific objective of HUBS is to conduct a census of baryons in the warm-hot circumgalactic and intergalactic media and thus to directly address the issue of “missing baryons” in the local universe. The results are expected to impact our understanding of galaxy formation and evolution. Supernova remnants are key scientific objectives of this space mission. Wherever the studies of supernova remnants are crucial for many important issues, including the nuclesynthetic, characteristics of progenitor, and the interaction of explosion ejections with surrounding interstellar medium. In this program, we will aim for the simulation of spectroscopy with high-resolution of supernova remnants by the combination of HUBS technology (i.e. collecting area, energy resolution) and our non-equilibrium as well as charge-exchange model. Here, we will investigate the perspectives of HUBS on studying the interaction of ejections with interstellar medium by studying the contribution of the charge-exchange processes, and its influence on the synthesized heavy element abundance and its distribution.

宇宙重粒子探寻计划HUBS是国内第一个拟建的高分辨X射线望远镜，该望远镜以探测宇宙大尺度纤维状结构及星系周物质分布，致力于发现宇宙中“缺失”的物质的空间分布及其物理与化学性质，在完善星系形成与演化理论取得突破性成果。其中超新星踪迹是该空间望远镜的一个重要研究主题。而超新星遗迹物理研究涉及到爆炸核合成、前身星性质、抛射物与星际介质相互作用等天体物理问题。本项目致立于利用我们发展的非平衡与电荷交换辐射模型，结合HUBS的技术设计参数，对超新星遗迹高分辨观测进行仿真模拟研究，论证研究HUBS在揭示爆炸产物与星际介质相互作用电荷交换过程对高分辨光谱的贡献，及其对核合成元素丰度的影响。

宇宙重子巡天计划HUBS望远镜是国内正在推进的一个高分辨X射线成像光谱望远镜，该望远境以探测星系际或星系周热气体的分布，来认识星系演化中星系周气体的内外循环机制：回落的冷气体是星系内恒星形成的原料，而超新星爆发或中心黑洞喷流可以加热气体并形成外流。因此，超新星遗迹是HUBS望远镜未来观测的一个重要目标源。本项目致立于构建非平衡和电荷交换的辐射模型，结合HUBS技术参数，仿真模拟超新星遗迹观测光谱，论证高分辨光谱中电荷交换的贡献。在过去3年的研究工作中，我们进一步发展了电荷交换辐射模型，发展了包含双电子俘获和/或电子与质子碰撞激发耦合的光辐射模型。在太阳风离子与彗星水气分子碰撞中，发现300eV处C离子的辐射增强53%。将该分析方法应用于火星观测X射线辐射，成功解释了类氦O离子禁戒线的抑制机制，其X射线总辐射亮度增强了3倍，更接近于XMM-Newton的观测结果。该分析方法也成功解释了实验室测量的光谱，并揭示实验外向流与冷介质相互作用中存在电荷交换贡献。利用发展的电荷交换模型，仿真模拟了HUBS观测月球暗区的X射线光谱。利用我们的分析工具，计算了非电离平称热辐射和电荷交换辐射，耦合HUBS探测器响应和超新星遗迹SN 1006的元素丰度信息，仿真模拟了该超新星遗迹边界区的HUBS观测光谱。