Emission synchrotron X de SN 1006

Prototype des restes de supernovae dominés par le synchrotron des électrons accélérés jusqu’en X

Rayons X: énergie maximale des électrons

L’énergie maximale des protons est la même si les électrons ne sont pas limités par le rayonnement (B < 30 G)

On s’intéresse aux différences entre l’accélération en champ parallèle et perpendiculaire à la direction de propagation du choc

27 juin 2002 Jean Ballet (SAp, CEA Saclay)

Spectre des particules en loi de puissance

r est le taux de compression au choc

Acceleration aux chocs

jusqu’à une énergie maximale

(Lagage et Cesarsky 1983, A&A 125, 249)

61310

2151G TeV 23

ejmax Mn

EZBE

1

31

rqE

dE

dN q

Diffusion sur la turbulence magnetique (attachée au gaz) de part et d’autre du choc.

corroboré par la comparaison des flux radio et X de restes de supernovae, qui donnent Emax entre 10 et 80 TeV, en prenant B = 10 G:

•Reynolds and Keohane 1999 (ApJ 525, 368), jeunes restes galactiques

•Hendrick and Reynolds 2001 (ApJ 559, 903), restes des Nuages de Magellan

•Dyer et al. 2001 (ApJ 551, 439), SN 1006

Rayonnement non thermique

•Synchrotron de la radio aux X

•Thermique (brems + raies) en X

0 après collisions p-p au GeV

•Compton inverse sur le CMB au TeV

Ellison, Berezhko et Baring 2000, ApJ 540, 292

SN 1006: First evidence for electrons accelerated

up to TeV energies

1995: Discovery of X-ray

synchrotron emission in the

bright rims of SN 1006 with

ASCA (Koyama et al. 1995, Nature

378, 255)

1998: Discovery of TeV

gamma-ray emission with

Cangaroo (Tanimori et al. 1998,

ApJ 497, L33)

=> Existence of electrons

with energies up to 100 TeV.

Koyama et al. 1995, Nature 378, 255)ASCA

(Tanimori et al. 1998,

ApJ 497, L33)

CANGAROOTeV γ-rays

Inverse Compton on 3 K CMB by the same TeV electrons emitting the X-rays by synchrotron

Fγ / Fx ~ UCMB / UB => B ~ 6.5 μG

SN 1006 with XMM-Newton

MOS images, 2 pointings

0.5 – 2 keV band

Thermal + Non-thermal emission

2 – 10 keV band

Mostly non-thermal emission

ROSAT image + ASCA spectrum

R. Rothenflug et al.

Shock acceleration

Combined Molonglo + Parkes radio image at 843 MHz with 44" x 66"  (FWHM) spatial resolution (Roger et al., ApJ 332, 940).

Synchrotron emission from shock-accelerated electrons. The X-rays are emitted by the highest energy electrons.Cosmic-ray protons have the same energy distribution as electrons until radiative losses start playing a role (not in SN 1006 ?).

B

Spectral modellingNorth East

South East

We fitted the spectra with a two-component model: • synchrotron emission from a cut-off electron power law (SRCUT)• thermal emission from a plasma out of ionisation equilibrium behind a shock (VPSHOCK) with variable abundances.

The interstellar absorption was fixed to NH = 5 1020 cm-2. The slope of the electron power-law was fixed to 2.2 (α = 0.6 in the radio). The normalisation of the synchrotron component was fixed using the radio data, and only the cut-off frequency was left free.

Cut-off frequencyWe have measured for the first time the spatial variations of the cut-off frequency of the synchrotron emission in SN 1006.

The azimuthal variations are very strong, and cannot be explained by variations of the magnetic compression alone.

This implies that the maximum energy reached by accelerated particles is higher at the bright limbs than elsewhere.

If we trust the TeV observations for B ~ 10 μG, the maximum energy reached at the bright limb is at least 70 TeV.

νcut (eV) ~ 0.02 B(μG) E2cut (TeV)

Emission synchrotron X de SN 1006

XMM-Newton permet d’étudier les variations spectralesà une échelle inférieure à la minute d’arc (5% du rayon), et de distinguer les contributions thermique et non thermique

La comparaison des données radio et X dans SN 1006 montre clairement des variations à grande échelle de la fréquence de coupure synchrotron, qui ne peuvent être imputées à la seule variation de compression magnétique

L’énergie maximale atteinte par les électrons doit être plus élevée dans les zones brillantes (champ perpendiculaire)

27 juin 2002 Jean Ballet (SAp, CEA Saclay)