Мистериозната призрачна ръка, открита от рентгеновите телескопи на НАСА

Чрез комбиниране на данни от Chandra и IXPE астрономите научават повече за това как пулсарът инжектира частици в космоса и оформя околната среда. Рентгеновите данни са показани с инфрачервени данни от камерата за тъмна енергия в Чили. Младите пулсари могат да създават струи от материя и антиматерия, които се отдалечават от полюсите на пулсара, заедно с интензивни ветрове, образувайки „мъглявина от пулсарен вятър“. Този обект, известен като MSH 15-52, има форма, наподобяваща човешка ръка и дава представа за това как са се образували тези обекти. Кредит на изображението: Рентген: NASA/CXC/Станфордски университет./R. Роман и др. (Чандра); НАСА/MSFC (IXPE); Инфрачервен: NASA/JPL-Caltech/DECaPS; Обработка на изображения: NASA/CXC/SAO/J. Шмид

НАСАТелескопите Chandra и IXPE на IXPE разкриват магнитните „кости“ на формата на „ръка“. Пулсар Мъглявината Вятър, MSH 15-52, предоставя пионерски прозрения за поляризацията на рентгеновите лъчи и динамиката на магнитното поле.

• Данните от Chandra и IXPE бяха използвани за изследване на пулсиращата вятърна мъглявина, известна като MSH 15-52.
• Пулсарните вятърни мъглявини са облаци от енергийни частици, летящи от мъртви и колабиращи звезди.
• MSH 15-52 е известен със своята форма, която наподобява човешка ръка.
• IXPE го наблюдава за около 17 дни време за наблюдение, най-дългият поглед върху единичен обект досега за тази мисия.

Чудото на пулсарите

Въртящите се неутронни звезди със силни магнитни полета или пулсари действат като лаборатории за екстремна физика, осигурявайки високоенергийни условия, които не могат да бъдат възпроизведени на Земята. Младите пулсари могат да създават струи от материя и антиматерия, които се отдалечават от полюсите на пулсара, заедно с интензивни ветрове, образувайки „мъглявина от пулсарен вятър“.

Откриването на „ръката в космоса“

През 2001 г. рентгеновата обсерватория Чандра на НАСА за първи път наблюдава пулсара PSR B1509-58 и разкрива, че вятърната мъглявина на пулсара (наричана MSH 15-52) прилича на човешка ръка. Пулсарът се намира в основата на „дланта“ на мъглявината. Сега данните на Chandra за MSH 15-52 са комбинирани с данни от най-новия рентгенов телескоп на НАСА, X-ray Polarimetry Explorer (IXPE), за да разкрият „костите“ на магнитното поле на тази забележителна структура. IXPE се взира в MSH 15-52 в продължение на 17 дни, най-дългото, в което е гледал обект от изстрелването му през декември 2021 г.

Това е изглед на MSH 15-52 от рентгеновото наблюдение на Chandra. Не включва рентгеновите и инфрачервените наблюдения на IXPE, включени в съставното изображение в горната част на статията. Кредит на изображението: Рентген: NASA/CXC/Станфордски университет./R. Роман и др. (Чандра); Обработка на изображения: NASA/CXC/SAO/J. Шмид

Интерпретация на съставното изображение

В ново комбинирано изображение данните от Chandra се появяват в оранжево (нискоенергийни рентгенови лъчи), зелено и синьо (високоенергийни рентгенови лъчи), докато дифузно лилаво представлява наблюдения на IXPE. Пулсарът се намира в светлата област в основата на дланта и пръстите сочат към нискоенергийни рентгенови облаци в околните останки от свръхновата, която е формирала пулсара. Изображението също така включва инфрачервени данни от Red and Blue Data Release 2 Dark Energy Plane Survey (DECaPS2).

Първата медицинска рентгенова снимка, направена от Вилхелм Рьонтген на ръката на съпругата му Анна Берта Лудвиг. Кредит: Вилхелм Рентген

Рентгенова поляризация и магнитна карта

Данните от IXPE предоставят първата карта на магнитното поле в „ръка“. Той разкрива информация за посоката на рентгеновото електрическо поле, определено от магнитното поле на рентгеновия източник. Това се нарича „рентгенова поляризация“.

Допълнително рентгеново изображение (по-долу) показва карта на магнитното поле на MSH 15-52. В това изображение къси прави линии представляват поляризационни измервания на IXPE, картографиращи посоката на локалното магнитно поле. Оранжевите „ленти“ показват най-точните измервания, последвани от циан и сини ленти с по-малко прецизни измервания. Сложните линии на полето проследяват „китката“, „дланта“ и „пръстите“ на ръката, като може би помагат да се идентифицират разширени подобни на пръсти структури.

Карта на магнитното поле на MSH 15-52. Линиите представляват поляризационни измервания на IXPE, картографиращи посоката на локалното магнитно поле. Дължината на лентите показва количеството на поляризацията. Кредит на изображението: Рентген: NASA/CXC/Станфордски университет/R. Роман и др. (Чандра); НАСА/MSFC (IXPE); Инфрачервен: NASA/JPL-Caltech/DECaPS; Обработка на изображения: NASA/CXC/SAO/J. Шмид

Магнитно поле и поляризация

Размерът на поляризацията, показан от дължината на лентата, е забележително висок, достигайки максимума, очакван от теоретичната работа. За да се постигне тази сила, магнитното поле трябва да е много право и равномерно, което означава, че има малка турбуленция в тези области на пулсарната мъглявина.

Една особено интересна характеристика на MSH 15-52 е ярката рентгенова струя, насочена от пулсара към „китката“ в долната част на изображението. Новите данни от IXPE разкриват, че поляризацията в началото на потока е ниска, вероятно защото това е турбулентен регион със сложни, заплетени магнитни полета, свързани с генерирането на високоенергийни частици. До края на струята линиите на магнитното поле изглежда се изправят и стават по-правилни, което води до много по-голяма поляризация.

Документ, описващ тези открития, е публикуван от Роджър Романи от Станфордския университет и неговите сътрудници на Астрофизичен вестник На 23 октомври 2023г.

Справка: „Космическата поляризираща ръка: IXPE наблюдения на PSR B1509−58/MSH 15−52“ от Роджър У. Романи, Жозефин Уонг, Никола Ди Лала, Никола Омуди, Фей Ших, C.-Y. Нг, Рикардо Феразоли, Алесандро Де Марко, Николо Покиантини, Маура Билия, Патрик Слейн, Мартин К. Weiskopf, Simon Johnston, Marta Burgay, Ding Wei, Yijun Yang, Shuming Zhang, Lucio A. Антонели, Матео Бакети, Лука Балдини, Уейн Х. Баумгартнер, Роналдо Белацини, Стефано Бианки, Стивън Д. Bongiorno, Raffaella Bonino, Alessandro Prez, Fiamma Capitano, Simone Castellano, Elisabetta Cavazotti, Chen Ting Chen, Niccolò Cebrario, Stefano Ciprini, Enrico Costa, Alessandra De Rosa, Ettore del Monte, Laura Di Gesu, Immacolata Donnarumma, Viktor Doroshenko, Michal Dovciak , Стивън Р. Айлерт, Теруаки Еното, Юри Еванджелиста, Серджо Фабиани, Хавиер А. Гарсия, Шоичи Джунджи, Кийоши Хаяшида, Джеръми Хил, Ватару Ивакири, Йоанис Леудакис, Филип Карт, Владимир Карас, Даун Е. Ким, Такао Китагучи, Джефри Дж. Колоджейчак, Хенрик Кравчински, Фабио ЛаМонака, Лука Латронико, Гжегож Мадейски, Симон Малдера , Алберто Манфреда, Фредерик Марин, Андреа Маринучи, Алън Б. Марчер, Херман Л. Маршал, Франческо Масаро, Джорджо Мате, Рикардо Меди, Икуюки Мицуиши, Цунефуми Мизуно, Фабио Молиери, Микела Негро, Стивън Л. Удел, Киара Опедесано, Луиджи Пациани, Алесандро Папето, Джордж Г. Павлов, Матео Пери, Мелиса Пейс Ролинс, Пиер-Оливие Петручи, Андреа Посенти, Юри Потанин, Симонета Бокети, Браян Д. Рамзи, Джон Ранкин, Аджай Ратиш, Оливър Дж. Робъртс, Кармело Сгро, Паоло Совита, Глория Спандри, Дъглас А. Шварц, Тору Тамагава, Фабрицио Тавекио, Роберто Таверна, Юзуру Тавара, Алън Ф. Тенант, Никълъс Е. Томас, Франческо Томпези, Алесио Троа, Сергей Циганков, Роберто Торола, Джако Финк, Кеноа Ву и Силвия Зейн, 23 октомври 2023 г., Астрофизичен вестник.
doi: 10.3847/1538-4357/acfa02

IXPE е сътрудничество между НАСА и Италианската космическа агенция с научни партньори и сътрудници в 12 държави. IXPE се ръководи от Центъра за космически полети Маршал на НАСА в Хънтсвил, Алабама. Ball Aerospace, базирана в Брумфийлд, Колорадо, управлява операциите на космически кораби в сътрудничество с Лабораторията за атмосферна и космическа физика на Университета на Колорадо в Боулдър.

Центърът за космически полети Маршал на НАСА управлява програмата Чандра. Рентгеновият център Чандра на Смитсонианската астрофизична обсерватория контролира научните операции от Кеймбридж, Масачузетс, и полетите от Бърлингтън, Масачузетс.