Tajemnicza ręka ducha odkryta przez teleskopy rentgenowskie NASA

NASATeleskopy Chandra i IXPE należące do IXPE odkrywają magnetyczne „kości” w kształcie „dłoni”. Pulsara Mgławica Wiatr, MSH 15-52, zapewnia pionierski wgląd w polaryzację promieniowania rentgenowskiego i dynamikę pola magnetycznego.

• Dane Chandry i IXPE wykorzystano do zbadania pulsującej mgławicy wiatru znanej jako MSH 15-52.
• Mgławice wiatrowe pulsara to obłoki energetycznych cząstek oddalających się od martwych i zapadających się gwiazd.
• MSH 15-52 słynie z kształtu przypominającego ludzką dłoń.
• IXPE obserwował go przez około 17 dni obserwacji, co stanowi najdłuższy czas obserwacji pojedynczego obiektu w ramach tej misji.

Cud pulsarów

Obracające się gwiazdy neutronowe z silnymi polami magnetycznymi, zwane pulsarami, pełnią rolę laboratoriów fizyki ekstremalnej, zapewniając warunki wysokoenergetyczne, których nie można odtworzyć na Ziemi. Młode pulsary mogą tworzyć strumienie materii i antymaterii, które oddalają się od biegunów pulsara wraz z intensywnymi wiatrami, tworząc „mgławicę wiatru pulsarowego”.

Odkrycie „ręki w kosmosie”

W 2001 roku należące do NASA Obserwatorium Rentgenowskie Chandra po raz pierwszy zaobserwowało pulsar PSR B1509-58 i ujawniło, że mgławica wiatru pulsara (oznaczana jako MSH 15-52) przypomina ludzką dłoń. Pulsar znajduje się u podstawy „dłoni” mgławicy. Teraz dane Chandry dotyczące MSH 15-52 zostały połączone z danymi z najnowszego teleskopu rentgenowskiego NASA, X-ray Polarimetry Explorer (IXPE), aby odsłonić „kości” pola magnetycznego tej niezwykłej struktury. IXPE obserwował MSH 15-52 przez 17 dni – najdłużej od czasu wystrzelenia w grudniu 2021 roku.

To jest widok MSH 15-52 z obserwacji rentgenowskiej Chandra. Nie obejmuje obserwacji w promieniach rentgenowskich i podczerwieni IXPE zawartych na złożonym obrazie w górnej części artykułu. Źródło zdjęcia: prześwietlenie: NASA/CXC/Uniwersytet Stanforda./R. Romana i in. (Chandra); Przetwarzanie obrazu: NASA/CXC/SAO/J. Schmidta

Interpretacja złożonego obrazu

Na nowym złożonym zdjęciu dane z Chandry pokazane są w kolorze pomarańczowym (promieniowanie rentgenowskie o niskiej energii), zielonym i niebieskim (promieniowanie rentgenowskie o wysokiej energii), podczas gdy rozproszony fiolet reprezentuje obserwacje IXPE. Pulsar znajduje się w jasnym obszarze u podstawy dłoni, a palce wskazują na chmury niskoenergetycznego promieniowania rentgenowskiego w otaczających je pozostałościach supernowej, z której powstał pulsar. Zdjęcie zawiera także dane w podczerwieni z badania Red and Blue Data Release 2 Dark Energy Plane Survey (DECaPS2).

Pierwsze medyczne prześwietlenie ręki wykonane przez Wilhelma Röntgena ręki jego żony Anny Berthy Ludwig. Źródło: Wilhelm Roentgen

Polaryzacja rentgenowska i mapa magnetyczna

Dane IXPE dostarczają pierwszej mapy pola magnetycznego w „dłoni”. Ujawnia informacje o kierunku pola elektrycznego promieniowania rentgenowskiego wyznaczonego przez pole magnetyczne źródła promieniowania rentgenowskiego. Nazywa się to „polaryzacją rentgenowską”.

Dodatkowe zdjęcie rentgenowskie (poniżej) przedstawia mapę pola magnetycznego w MSH 15-52. Na tym zdjęciu krótkie proste linie przedstawiają pomiary polaryzacji IXPE, odwzorowujące kierunek lokalnego pola magnetycznego. Pomarańczowe „paski” wskazują najdokładniejsze pomiary, a następnie cyjanowe i niebieskie słupki przedstawiają mniej dokładne pomiary. Złożone linie pola wyznaczają „nadgarstek”, „dłoń” i „palce” dłoni, co być może pomaga w identyfikacji wydłużonych struktur przypominających palce.

Mapa pola magnetycznego w MSH 15-52. Linie reprezentują pomiary polaryzacji IXPE, odwzorowujące kierunek lokalnego pola magnetycznego. Długość słupków wskazuje stopień polaryzacji. Źródło zdjęcia: prześwietlenie: NASA/CXC/Uniwersytet Stanforda./R. Romana i in. (Chandra); NASA/MSFC (IXPE); Podczerwień: NASA/JPL-Caltech/DECaPS; Przetwarzanie obrazu: NASA/CXC/SAO/J. Schmidta

Pole magnetyczne i polaryzacja

Stopień polaryzacji, na który wskazuje długość pasma, jest niezwykle wysoki, osiągając maksimum oczekiwane na podstawie prac teoretycznych. Aby osiągnąć tę siłę, pole magnetyczne musi być bardzo proste i jednolite, co oznacza, że ​​w tych obszarach mgławicy wiatru pulsarowego występuje niewiele turbulencji.

Szczególnie interesującą cechą MSH 15-52 jest jasny strumień promieniowania rentgenowskiego skierowany z pulsara w „nadgarstek” u dołu zdjęcia. Nowe dane IXPE ujawniają, że polaryzacja na początku przepływu jest niska, prawdopodobnie dlatego, że jest to turbulentny obszar ze złożonymi, splątanymi polami magnetycznymi związanymi z generowaniem cząstek o wysokiej energii. Pod koniec strumienia linie pola magnetycznego wydają się prostować i stają się bardziej regularne, co powoduje, że polaryzacja staje się znacznie większa.

Artykuł opisujący te odkrycia został opublikowany przez Rogera Romani z Uniwersytetu Stanforda i jego współpracowników the Dziennik astrofizyczny 23 października 2023 r.

Odniesienie: „Kosmiczna ręka polaryzacyjna: obserwacje IXPE PSR B1509-58/MSH 15-52” Rogera W. Romani, Josephine Wong, Nicola Di Lalla, Nicola Omudi, Fei Shih, C.-Y. Ng, Riccardo Ferrazzoli, Alessandro De Marco, Niccolò Pocciantini, Maura Biglia, Patrick Slane, Martin C. Weiskopf, Simon Johnston, Marta Burgay, Ding Wei, Yijun Yang, Shuming Zhang, Lucio A. Antonelli, Matteo Bacchetti, Luca Baldini, Wayne H. Baumgartner, Ronaldo Bellazzini, Stefano Bianchi, Stephen D. Bongiorno, Raffaella Bonino, Alessandro Brez, Fiamma Capitano, Simone Castellano, Elisabetta Cavazotti, Shen Ting Chen, Niccolò Cebrario, Stefano Ciprini, Enrico Costa, Alessandra De Rosa, Ettore del Monte, Laura De Gesu, Immacolata Donnarumma, Viktor Doroshenko, Michal Dovciak , Steven R. Eilert, Teruaki Enotto, Yuri Evangelista, Sergio Fabiani, Javier A. Garcia, Shoichi Junji, Kiyoshi Hayashida, Jeremy Hill, Wataru Iwakiri, Ioannis Leoudakis, Philip Kart, Vladimir Karas, Dawun E. Kim, Takao Kitaguchi, Jeffrey J. Kołodziejczak, Henryk Krawczyński, Fabio LaMonaca, Luca Latronico, Grzegorz Madejski, Simon Maldera , Alberto Manfreda, Frédéric Marin, Andrea Marinucci, Alan B. Marcher, Herman L. Marshall, Francesco Massaro, Giorgio Matte, Riccardo Medi, Ikuyuki Mitsuishi, Tsunefumi Mizuno, Fabio Moelleri, Michela Negro, Stephen L. Udell, Chiara Oppedesano, Luigi Pazziani, Alessandro Papetto, George G. Pavlov, Matteo Perry, Melissa Pace Rollins, Pierre-Olivier Petrucci, Andrea Possenti, Juri Potanin, Simonetta Boccetti, Brian D. Ramsey, John Rankin, Ajay Ratheesh, Oliver J. Roberts, Carmelo Sgro, Paolo Sovita, Gloria Spandri, Douglas A. Swartz, Toru Tamagawa, Fabrizio Tavecchio, Roberto Taverna, Yuzuru Tawara, Allen F. Tennant, Nicholas E. Thomas, Francesco Tompesi, Alessio Troa, Sergei Tsygankov, Roberto Torola, Jaco Fink, Kenoah Wu i Sylvia Zane, 23 października 2023 r., Dziennik astrofizyczny.
doi: 10.3847/1538-4357/acfa02

IXPE to efekt współpracy NASA i Włoskiej Agencji Kosmicznej z partnerami naukowymi i współpracownikami z 12 krajów. Na czele IXPE stoi Centrum Lotów Kosmicznych Marshalla w Huntsville w Alabamie należące do NASA. Ball Aerospace z siedzibą w Broomfield w Kolorado zarządza operacjami statków kosmicznych we współpracy z Laboratorium Fizyki Atmosfery i Przestrzeni Kosmicznej Uniwersytetu Kolorado w Boulder.

Centrum Lotów Kosmicznych im. Marshalla zarządza programem Chandra. Centrum rentgenowskie Chandra w Obserwatorium Smithsonian Astrophysical Observatory kontroluje operacje naukowe z Cambridge w stanie Massachusetts oraz operacje lotnicze z Burlington w stanie Massachusetts.