Supernova remnants (SNRs) are the end products of supernova (SN) explosions. These explosions happen when certain massive stars face the ends of their evolutionary cycle and create shock waves propagating in the surrounding medium by ejecting part of the star’s material. An SNR is the region defined by these powerful shocks. Due to the nature of SNRs spreading stellar material to their surroundings, they play a major part in the chemical evolution of the universe. Some SNRs are observed to contain a pulsar (PSR), a spinning neutron star emitting electromagnetic radiation through its magnetic poles, and a pulsar-wind nebula (PWN), where relativistic particles and magnetic fields escaping the pulsar interact with the surroundings. This is the case for SNR 0540-69.3 (SNR0540), the so called twin of one of the most studied astronomical objects in the sky, the Crab Nebula. The attached paper (Paper I) is based on VLT observations of the central regions of SNR 0540 with the instruments MUSE and X-Shooter. The MUSE observations provide a possibility to study the optical spatial variations of SNR 0540 for the first time utilising spectroscopy, and are in general one of the few such studies of PWNe in the optical. On the other hand, earlier works focusing on the shape of the SNR 0540 continuum spectrum in the optical wavelengths have mostly utilised narrow band photometry, which has yielded conflicting results. The X-shooter observations of SNR 0540 providing the first near-infrared (NIR) spectrum with a good coverage in the optical can be used to tackle these problems. In Paper I, the continuum emission is modelled by power-law models to constrain the underlying conditions in the PSR and PWN in SNR 0540. An important parameter in these models is called the spectral index (α), which determines the slope of the spectrum. We find significant spatial variations in the spectral index that reveal a torus-jet structure around the PSR, confirming earlier results. Surprisingly, we also find that the spectral index decreases (from α ~ 1.7 to α ~ 0.5) toward the outer parts of the PWN and is the largest for the PSR (α1 ~ 1 in the low and α2 ~ 2 in the high frequencies), in contrast to theoretical expectations for the basic scenario of synchrotron cooling. Additionally, two spectral indices seem to be required to characterise both the PSR’s and PWN’s optical(-NIR) spectra. Future observations in the optical but also in the infrared and X-rays would help understanding the complex conditions in the central regions of SNRs. Most importantly, optical observations of other SNRs would shed light on whether SNR 0540 is a special case. The unexpected spectral index variations in SNR 0540 highlight the need for further theoretical work to better understand the origin of the optical synchrotron emission in PSRs and PWNe. / Supernovarester (SNR) är slutprodukterna av supernovaexplosioner (SN). Dessa explosioner inträffar när vissa massiva stjärnor möter ändarna av sin evolutionära cykel och skapar chockvågor som fortplantar sig i det omgivande mediet genom att stöta ut en del av stjärnans material. En SNR är regionen som definieras av dessa kraftfulla stötar. På grund av naturen hos SNR som sprider stjärnmaterial till sin omgivning spelar de en stor roll i universums kemiska utveckling. Vissa SNR:er har observerats innehålla en pulsar (PSR), en snurrande neutronstjärna som sänder ut elektromagnetisk strålning genom sina magnetiska poler, och en pulsar-vindnebulosa (PWN), där relativistiska partiklar och magnetfält som flyr pulsarn interagerar med omgivningen. Detta är fallet för SNR 0540-69.3 (SNR 0540), den så kallade tvillingen till ett av de mest studerade astronomiska objekten på himlen, Krabbanebulosan. Bifogade papper (Paper I) är baserad på VLT-observationer av de centrala regionerna i SNR 0540 med instrumenten MUSE och X-Shooter. MUSE-observationerna ger en möjlighet att studera de optiska rumsliga variationerna av SNR 0540 för första gången med hjälp av spektroskopi, och är i allmänhet en av få sådana studier av PWNe i optiken. A andra sidan har tidigare arbeten med fokus på formen av SNR 0540-kontinuumspektrumet i de optiska våglängderna mestadels använt smalbandsfotometri, vilket har gett motstridiga resultat. X-shooter-observationerna av SNR 0540 som ger det första nära-infraröda (NIR) spektrumet med en bra täckning i optiken kan användas för att ta itu med dessa problem. I Paper I modelleras synkrotronemissionen av potenslagsmodeller för att begränsa de underliggande förhållandena i PSR och PWN i SNR 0540. En viktig parameter i dessa modeller kallas spektralindex (α), som bestämmer spektrumets lutning. Vi hittar betydande rumsliga variationer i det spektrala indexet som avslöjar en torus-jet-struktur runt PSR, vilket bekraftar tidigare resultat. Överraskande nog finner vi också att spektralindexet minskar (från α ~ 1.7 till α ~ 0.5) mot de yttre delarna av PWN och är störst för PSR (α1 ~ 1 i de låga och α2 ~ 2 i de höga frekvenserna), i motsats till teoretiska förväntningar på grundscenariot med synkrotronkylning. Dessutom verkar två spektrala index krävas för att karakterisera både PSR:s och PWN:s optiska(-NIR) spektra. Framtida observationer inom det optiska, men också i det infraröda och röntgenstrålar skulle hjälpa till att förstå de komplexa förhållandena i de centrala regionerna av SNR. Det viktigaste är att optiska observationer av andra SNR:er skulle belysa om SNR 0540 är ett specialfall. De oväntade spektrala indexvariationerna i SNR 0540 belyser behovet av ytterligare teoretiskt arbete för att bättre förstå ursprunget till den optiska synkrotronemissionen i PSR och PWNe. / <p>QC 2023-05-23</p>
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-327005 |
| Date | January 2023 |
| Creators | Tenhu, Linda |
| Publisher | KTH, Partikel- och astropartikelfysik, Stockholm |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | Licentiate thesis, comprehensive summary, info:eu-repo/semantics/masterThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-SCI-FOU ; 2023:32 |
Page generated in 0.0033 seconds