مقدمة

سدم رياح النجوم النابضة (PWNe) المرتبطة بنجوم نابضة متوسطة العمر وذات طاقة عالية (لمعان فقدان الدوران \(\dot{E}>10^{36}\) إرج/ثانية، وعمر مميز \(\tau=10-100\) ألف سنة) غالبًا ما ترتبط بمصادر ذات طاقة عالية جدًا (VHE، فوق 1 تيرا إلكترون فولت) (مثال: ). العديد منها ساطع فوق مئة تيرا إلكترون فولت دون وجود أي مؤشر على انقطاع طيفي (مثال: و). مؤخرًا، تم كشف النطاق الطاقي الأعلى من أطيافها بواسطة مرصد LHAASO، أول مرصد لأشعة غاما حساس لأشعة غاما بطاقة البيڤ، حيث تم اكتشاف 14 مصدرًا مجريًا بطاقة فائقة (UHE، فوق 100 تيرا إلكترون فولت) (، ، ). تتراوح أعلى طاقات الفوتونات المكتشفة من هذه المصادر بين عدة مئات من التيرا إلكترون فولت إلى أكثر من 1 بيڤ: دليل قاطع على تسريع الجسيمات فوق 1 بيڤ سواء في السيناريوهات الهدرونية (انحلال البيون المحايد) أو اللبتونية (تبعثر كومبتون العكسي). إن تحديد هذه "البيڤاترونات" المجرية هو المفتاح لفهم أصل الأشعة الكونية الأعلى طاقة التي ترصد على الأرض (في الحالة الهدرونية)، بالإضافة إلى فهم أفضل لآليات تسريع الجسيمات وإشعاعها ونقلها (في كلتا الحالتين).

الغالبية العظمى من مصادر LHAASO تتزامن مكانيًا مع PWNe متوسطة العمر وذات طاقة عالية، وهي مسرعات جسيمات لبتونية معروفة. تهدف حملتنا الرصدية باستخدام NuSTAR لسدم الرياح النابضة النشطة إلى استكشاف الطبيعة المتطرفة لهذه السدم (). توفر رصديات الأشعة السينية الصلبة واسعة النطاق باستخدام NuSTAR نافذة فريدة لدراسة نهاية طيف جسيمات الأصل من خلال رصد إشعاع السنكروترون دون تلوث من الإشعاع الحراري. وبالاقتران مع نمذجة التوزيع الطيفي الطاقي متعدد الأطوال الموجية (SED) للسدم عبر 20 رتبة طاقية، يمكن استنتاج المعلمات الفيزيائية الأساسية التي تحدد هذه الأنظمة، مثل طاقة الجسيمات القصوى والمجال المغناطيسي. لقد أثبتت رصديات NuSTAR ونمذجة SED فعاليتها كأدوات قوية لدراسة PWNe كمسرعات للأشعة الكونية اللبتونية في مجرتنا (مثال: ، ، ).

يعد G75.2+0.1 ("اليعسوب") أحد ثمانية أهداف في حملتنا الرصدية باستخدام NuSTAR، ويرتبط على الأرجح مع LHAASO J2018+3651. يُغذى اليعسوب بواسطة النجم النابض PSR J2021+3651 (RA = 20:21:05.40، Dec = +36:51:04.5) الذي اكتشف لأول مرة كنباض راديوي بدورة دوران \(P \cong 104\) مللي ثانية (). جاءت ملاحظة النجم النابض بالراديو بعد اكتشاف مصدر أشعة سينية غير معروف AX J2021.1+3651 ()، والذي كان متابعة لمصدر أشعة غاما غير معروف GeV J2020+3658 (). كنباض متوسط العمر بعمر مميز \(\tau \equiv P/2\dot{P} \sim 17\) ألف سنة، لا يزال PSR J2021+3651 نشطًا، حيث \(\dot{E} \sim 3.4 \times 10^{36} \textrm{ erg s}^{-1}\). تم رصد PSR J2021+3651 في الأشعة السينية كمصدر نقطي حراري (غالبًا) ناعم (\(kT_{BB} = 0.16\pm0.02\) keV) بواسطة Chandra ( و). أشار كلا المؤلفين إلى أن رصد النبضات في الأشعة السينية لم يكن ذا دلالة إحصائية. رُصد سديم الرياح النابضة G75.2+0.1 الخاص بـ PSR J2021+3651 لأول مرة في الأشعة السينية بواسطة وسُمي "اليعسوب" من قبل بسبب بنيته ذات الطورين. رصد Fermi-LAT (Fermi) () نبضات جيڤ من PSR J2021+3651، لكن طيفه ينقطع بشكل حاد دون 10 جيڤ دون وجود دليل على انبعاث طاقي أعلى من السديم.

يقع PSR J2021+3651 واليَعسوب في منطقة الدجاجة، وهي منطقة نشطة لتكون النجوم. كان أول مصدر أشعة غاما بتيرا إلكترون فولت رُصد متزامنًا مكانيًا مع PSR J2021+3651 واليَعسوب هو MGRO J2019+37 (). MGRO J2019+37 هو ثاني أكثر مصادر التيرا إلكترون فولت سطوعًا في نصف الكرة الشمالي بعد سديم السرطان، ويمتد بشكل كبير (توزيع غاوسي ثنائي الأبعاد دائري مع \(\sigma=0.32^{\circ} \pm 0.12^{\circ}\)). منذ اكتشافه، أُجريت العديد من الرصديات في نطاقات موجية مختلفة لمحاولة تحديد أصل هذه الانبعاثات الطاقية العالية. رصد المنطقة باستخدام VLA في الراديو (20 سم) وXMM-Newton (XMM) في الأشعة السينية الناعمة. كشفت كلتا الرصدتين صورة أكثر شمولاً لـ G75.2+0.1 تتجاوز البنى الفرعية التي رصدها Chandra — سديم منتشر مخروطي يرتكز عند PSR J2021+3651 ويمتد حتى \(\sim 20\arcmin\) (راديو) و\(\sim 10\arcmin\) (أشعة سينية ناعمة) غربًا مع انخفاض في السطوع السطحي. في هذا العمل، يُشار إلى البنية الكاملة للسديم باسم "اليعسوب".

استخدم منظومة تلسكوبات تصوير الإشعاع الطاقي العالي جدًا (VERITAS) لفصل MGRO J2019+37 إلى مصدرين منفصلين: VER J2019+368 وVER J2016+371. بينما يهيمن VER J2016+371 على الانبعاثات منخفضة الطاقة (أقل من 1 تيرا إلكترون فولت) بالقرب من بقايا مستعر أعظم (SNR) CTB 87، فإن VER J2019+368 (RA = 20:19:25، Dec = 36:48:14، توزيع غاوسي بيضاوي ثنائي الأبعاد بمحور رئيسي \(\sigma_{maj}=0.34^{\circ} \pm 0.03^{\circ}\) ومحور ثانوي \(\sigma_{min}=0.13^{\circ} \pm 0.02^{\circ}\)) ساطع فوق 1 تيرا إلكترون فولت. مع إضافة 120 ساعة من البيانات، أشار إلى أن VER J2019+368 قد يُفصل إلى مصدرين مرشحين، VER J2020+368\(^{\ast}\) وVER J2018+367\(^{\ast}\). وجد مرصد HAWC أن الانبعاث الطاقي العالي من VER J2019+368 مهم حتى فوق 56 تيرا إلكترون فولت وسمى المصدر eHWC J2019+368 (). يؤكد رصد LHAASO للمصدر فوق 100 تيرا إلكترون فولت مع طاقة فوتونية قصوى \(0.27 \pm 0.02\) بيڤ () وجود واحد أو أكثر من المسرعات البيڤاترونية ذات الأصل المجري في هذه المنطقة. هذا المصدر المجري المتطرف، LHAASO J2018+3651، يتزامن مكانيًا مع عدة مسرعات محتملة للأشعة الكونية، بما في ذلك نجم وولف-رايت (WR) 141، منطقة H II Sh 2-104، النجم النابض PSR J2021+3651، واليَعسوب.

في هذا العمل، نهدف إلى تقييم إمكانية اليعسوب كمسرع بيڤاتروني لبتوني. نقدم أول رصد للأشعة السينية الصلبة لليعسوب باستخدام NuSTAR. نقوم بتحليل بيانات Chandra وXMM الأرشيفية و13 سنة من بيانات Fermi لليعسوب. ندمج الأطياف المستخرجة من تحليلاتنا مع أطياف الراديو والتيرا إلكترون فولت من الأعمال السابقة لنمذجة SED متعدد الأطوال الموجية لليعسوب. نناقش السمات المشتركة لسدم الرياح النابضة البيڤاترونية، والمسافة إلى المصدر، والمجال المغناطيسي.