Investigation of Supernova Remnant 3C 391 in X-ray Wavelengths with the Line Emission Mapper

Abstract

Mixed-morphology supernova remnants (MM SNRs) exhibit a shell structure at radio wavelengths but center-filled emission at X-ray wavelengths. Among the known 300 Galactic SNRs, approximately 40 belong to this category. Several X-ray satellites (e.g., Chandra, Suzaku, and XMM-Newton) have observed MM SNRs and determined their X-ray properties. The X-ray emission of MM SNRs is thermal, providing information on the hot gas content of the remnants. The Line Emission Mapper (LEM), an X-ray probe scheduled for launch in the 2030s, will feature a spectral resolution of 1−2 eV in the 0.2−2.0 keV band. This capability will enable the disentanglement of faint emission lines in MM SNRs from the bright Galactic foreground. In this study, we assess LEM’s capability to detect the elemental lines of MM SNR 3C 391 due to its excellent spectral resolution and large collecting area. We conducted spectral simulations for LEM and presented our initial results.

Keywords

• ISM: supernova remnants (3C 391, G31.9+0.0)
• X-rays: ISM
• instrumentation: detectors
• X-rays: individual: Line Emission Mapper (LEM)

Line Emission Mapper ile Süpernova Kalıntısı 3C 391'in X-ışın Dalga Boylarında İncelenmesi

Öz

Karışık-morfolojili süpernova kalıntıları (MM SNK’lar), radyo dalga boylarında kabuk yapısı sergilerken X-ışını dalga boylarında merkez doluluğu emisyonu gösterirler. Bilinen 300 Galaktik SNK’nın yaklaşık olarak 40 tanesi bu kategoriye dahildir. Birkaç X-ışını uydusu (örneğin; Chandra, Suzaku ve XMM-Newton), MM SNK’ları gözlemiş ve X-ışını özelliklerini belirlemiştir. MM SNK’ların X-ışını emisyonu termaldir ve kalıntıların sıcak gaz içeriği hakkında bilgi sağlar. The Line Emission Mapper (LEM), 2030’larda fırlatılması planlanan, 0.2−2.0 keV bandında 1−2 eV tayfsal çözünürlüğe sahip olacaktır. Bu özellik, MM SNK’lardaki zayıf emisyon çizgilerini parlak Galaktik arka plandan ayırmayı mümkün kılacaktır. Bu çalışmada, LEM’in büyük toplama alanı ve mükemmel tayfsal çözünürlüğü sayesinde MM SNK 3C 391’in element çizgilerini tespit etme yeteneğini araştırdık. LEM için tayfsal simülasyonları yaptık ve ilk sonuçlarımızı sunduk.

Anahtar Kelimeler

• ISM: supernova remnants (3C 391; G31.9+0.0)
• X-rays: ISM
• instrumentation: detectors
• X-rays: individual: Line Emission Mapper (LEM)

Kaynakça

1. Arnaud K. A., 1996, in Jacoby G. H., Barnes J., eds, Astronomical Society of the Pacific Conference Series Vol. 101, Astronomical Data Analysis Software and Systems V. p. 17
2. Atwood W. B., ve diğ., 2009, ApJ, 697, 1071
3. Bregman J., ve diğ., 2023, Science China Physics, Mechanics, and Astronomy, 66, 299513
4. Broersen S., Vink J., 2015, MNRAS, 446, 3885
5. Castro D., Slane P., 2010, ApJ, 717, 372
6. Caswell J. L., Dulk G. A., Goss W. M., Radhakrishnan V., Green A. J., 1971, A&A, 12, 271, ADS
7. Chen Y., Slane P. O., 2001, ApJ, 563, 202
8. Chen Y., Su Y., Slane P. O., Wang Q. D., 2004, ApJ, 616, 885

9. Cui W., ve diğ., 2020, Journal of Low Temperature Physics, 199, 502
10. Ergin T., Sezer A., Saha L., Majumdar P., Chatterjee A., Bayirli A., Ercan E. N., 2014, ApJ, 790, 65
11. Foster A. R., Ji L., Smith R. K., Brickhouse N. S., 2012, ApJ, 756, 128
12. Frail D. A., Goss W. M., Reynoso E. M., Giacani E. B., Green A. J., Otrupcek R., 1996, AJ, 111, 1651
13. Green D. A., 2025, Journal of Astrophysics and Astronomy, 46, 14
14. Iwamoto K., Brachwitz F., Nomoto K., Kishimoto N., Umeda H., Hix W. R., Thielemann F.-K., 1999, ApJS, 125, 439
15. Kawasaki M., Ozaki M., Nagase F., Inoue H., Petre R., 2005, ApJ, 631, 935
16. Koyama K., ve diğ., 2007, PASJ, 59, 23
17. Kraft R., ve diğ., 2022, preprint, (arXiv:2211.09827)
18. Lee Y.-H., Koo B.-C., Lee J.-J., 2020, AJ, 160, 263
19. Lopez L. A., Pearson S., Ramirez-Ruiz E., Castro D., Yamaguchi H., Slane P. O., Smith R. K., 2013, ApJ, 777, 145
20. Matsumura H., Uchida H., Tanaka T., Tsuru T. G., Nobukawa M., Nobukawa K. K., Itou M., 2017a, PASJ, 69, 30
21. Matsumura H., Tanaka T., Uchida H., Okon H., Tsuru T. G., 2017b, ApJ, 851, 73
22. Moffett D. A., Reynolds S. P., 1994, ApJ, 425, 668
23. Nandra K., ve diğ., 2013, preprint, (arXiv:1306.2307)
24. Okon H., Uchida H., Tanaka T., Matsumura H., Tsuru T. G., 2018, PASJ, 70, 35
25. Orlando S., ve diğ., 2024, preprint, (arXiv:2408.12462)
26. Patnaude D. J., ve diğ., 2023, Journal of Astronomical Telescopes, Instruments, and Systems, 9, 041008
27. Radhakrishnan V., Goss W. M., Murray J. D., Brooks J. W., 1972, ApJS, 24, 49
28. Ranasinghe S., Leahy D. A., 2017, ApJ, 843, 119
29. Reynolds S. P., Moffett D. A., 1993, AJ, 105, 2226
30. Rho J. H., Petre R., 1996, ApJ, 467, 698
31. Rho J., Petre R., 1998, ApJ, 503, L167
32. Sato T., Koyama K., Takahashi T., Odaka H., Nakashima S., 2014, PASJ, 66, 124
33. Sezer A., Ergin T., Yamazaki R., Sano H., Fukui Y., 2019, MNRAS, 489, 4300
34. Su H., Tian W., Zhu H., Xiang F. Y., 2014, in Ray A., McCray R. A., eds, IAU Symposium Vol. 296, Supernova Environmental Impacts. pp 372–373, doi:10.1017/S1743921313009885
35. Suzuki H., Bamba A., Yamazaki R., Ohira Y., 2022, ApJ, 924, 45
36. Tashiro M., ve diğ., 2020, in den Herder J.-W. A., Nikzad S., Nakazawa K., eds, Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers (SPIE) Conference Series Vol. 11444, Space Telescopes and Instrumentation 2020: Ultraviolet to Gamma Ray. p. 1144422, doi:10.1117/12.2565812
37. Tawa N., ve diğ., 2008, PASJ, 60, S11
38. Vink J., 2020, Physics and Evolution of Supernova Remnants. Springer Nature, doi:10.1007/978-3-030-55231-2
39. Wang Z. R., Seward F. D., 1984, ApJ, 279, 705
40. Wilms J., Allen A., McCray R., 2000, ApJ, 542, 914
41. Woosley S. E., Weaver T. A., 1995, ApJS, 101, 181
42. Yamaguchi H., 2020, Astronomische Nachrichten, 341, 150
43. Yamauchi S., Oya M., Nobukawa K. K., Pannuti T. G., 2020, PASJ, 72, 81