Загадочная рука-призрак обнаружена рентгеновскими телескопами НАСА

НАСАТелескопы IXPE Chandra и IXPE демонстрируют магнитные «кости» формы «руки». Пульсар Туманность Ветер, MSH 15-52, дает новаторское представление о поляризации рентгеновских лучей и динамике магнитного поля.

• Данные Чандры и IXPE были использованы для изучения туманности пульсирующего ветра, известной как MSH 15-52.
• Пульсарные ветровые туманности представляют собой облака энергичных частиц, улетающие от мертвых и коллапсирующих звезд.
• MSH 15-52 известен своей формой, напоминающей человеческую руку.
• IXPE наблюдала за ним около 17 дней, что стало самым продолжительным наблюдением за одним объектом за всю эту миссию.

Чудо пульсаров

Вращающиеся нейтронные звезды с сильными магнитными полями, или пульсары, действуют как лаборатории экстремальной физики, обеспечивая высокоэнергетические условия, которые невозможно воспроизвести на Земле. Молодые пульсары могут создавать струи материи и антиматерии, которые удаляются от полюсов пульсара вместе с сильными ветрами, образуя «пульсарную ветровую туманность».

Открытие «руки в космосе»

В 2001 году рентгеновская обсерватория НАСА «Чандра» впервые наблюдала пульсар PSR B1509-58 и обнаружила, что туманность ветра пульсара (именуемая MSH 15-52) напоминает человеческую руку. Пульсар расположен у основания «ладони» туманности. Теперь данные Чандры о MSH 15-52 были объединены с данными новейшего рентгеновского телескопа НАСА, X-ray Polarimetry Explorer (IXPE), чтобы выявить «кости» магнитного поля этой замечательной структуры. IXPE наблюдала за MSH 15-52 в течение 17 дней, что является самым долгим сроком наблюдения за любым объектом с момента его запуска в декабре 2021 года.

Это вид MSH 15-52, полученный рентгеновским телескопом «Чандра». Он не включает рентгеновские и инфракрасные наблюдения IXPE, включенные в составное изображение в верхней части статьи. Изображение предоставлено: Рентген: НАСА/CXC/Стэнфордский университет./Р. Роман и др. (Чандра); Обработка изображений: NASA/CXC/SAO/J. Шмидт

Интерпретация составного изображения

На новом составном изображении данные Чандры отображаются оранжевым (рентгеновские лучи низкой энергии), зеленым и синим (рентгеновские лучи высокой энергии), а диффузный фиолетовый цвет представляет наблюдения IXPE. Пульсар расположен в яркой области у основания ладони, а пальцы указывают на низкоэнергетические рентгеновские облака в окружающих остатках сверхновой, образовавшей пульсар. Изображение также включает инфракрасные данные исследования Red and Blue Data Release 2 Dark Energy Plane Survey (DECaPS2).

Первый медицинский рентген, выполненный Вильгельмом Рентгеном руки его жены Анны Берты Людвиг. Кредит: Вильгельм Рентген.

Рентгеновская поляризация и магнитная карта

Данные IXPE представляют собой первую карту магнитного поля в «руке». Он раскрывает информацию о направлении электрического поля рентгеновского излучения, определяемого магнитным полем источника рентгеновского излучения. Это называется «рентгеновской поляризацией».

Дополнительное рентгеновское изображение (ниже) показывает карту магнитного поля MSH 15-52. На этом изображении короткие прямые линии представляют измерения поляризации IXPE, отображающие направление локального магнитного поля. Оранжевые полосы обозначают наиболее точные измерения, за ними следуют голубые и синие полосы — менее точные измерения. Сложные линии поля прослеживают «запястье», «ладонь» и «пальцы» руки, что, возможно, помогает идентифицировать протяженные пальцеобразные структуры.

Карта магнитного поля на МШ 15-52. Линии представляют измерения поляризации IXPE, отображающие направление местного магнитного поля. Длина полосок указывает на степень поляризации. Изображение предоставлено: Рентген: НАСА/CXC/Стэнфордский университет./Р. Роман и др. (Чандра); НАСА/MSFC (IXPE); Инфракрасный: НАСА/Лаборатория реактивного движения-Калтех/DECaPS; Обработка изображений: NASA/CXC/SAO/J. Шмидт

Магнитное поле и поляризация

Величина поляризации, на которую указывает длина полосы, чрезвычайно высока и достигает максимума, ожидаемого в теоретических работах. Чтобы достичь такой силы, магнитное поле должно быть очень прямым и однородным, а это означает, что в этих областях ветровой туманности пульсара мало турбулентности.

Одной особенно интересной особенностью MSH 15-52 является яркая рентгеновская струя, направленная от пульсара в «запястье» в нижней части изображения. Новые данные IXPE показывают, что поляризация в начале потока низкая, вероятно, потому, что это турбулентная область со сложными запутанными магнитными полями, связанными с генерацией частиц высокой энергии. К концу струи линии магнитного поля выпрямляются и становятся более регулярными, в результате чего поляризация становится намного сильнее.

Статья с описанием этих результатов была опубликована Роджером Романи из Стэнфордского университета и его сотрудниками. тот Астрофизический журнал 23 октября 2023 г.

Ссылка: «Космическая поляризующая рука: наблюдения IXPE PSR B1509-58/MSH 15-52» Роджера В. Романи, Жозефины Вонг, Никола Ди Лалла, Никола Омуди, Фей Ши, К.-Ю. Нг, Риккардо Ферраццоли, Алессандро Де Марко, Никколо Поччантини, Маура Билья, Патрик Слейн, Мартин С. Вайскопф, Саймон Джонстон, Марта Бургей, Дин Вэй, Ицзюнь Ян, Шуминг Чжан, Лусио А. Антонелли, Маттео Баккетти, Лука Бальдини, Уэйн Х. Баумгартнер, Роналдо Беллаццини, Стефано Бьянки, Стивен Д. Бонджорно, Рафаэлла Бонино, Алессандро Брез, Фиамма Капитано, Симоне Кастеллано, Элизабетта Кавазотти, Шен Тинг Чен, Никколо Чебрарио, Стефано Чиприни, Энрико Коста, Алессандра Де Роса, Этторе дель Монте, Лаура Де Джезу, Иммаколата Доннарумма, Виктор Дорошенко, Михал Довчак , Стивен Р. Эйлерт, Теруаки Энотто, Юрий Евангелиста, Серджио Фабиани, Хавьер А. Гарсия, Шоичи Дзюнджи, Киёси Хаяшида, Джереми Хилл, Ватару Ивакири, Иоаннис Леудакис, Филип Карт, Владимир Карас, Давун Э. Ким, Такао Китагути, Джеффри Дж. Колодзейчак, Хенрик Кравчински, Фабио ЛаМонака, Лука Латронико, Гжегож Мадейски, Саймон Мальдера , Альберто Манфреда, Фредерик Марин, Андреа Маринуччи, Алан Б. Марчер, Херман Л. Маршалл, Франческо Массаро, Джорджио Матте, Риккардо Меди, Икуюки Мицуиси, Цунефуми Мизуно, Фабио Мёллери, Микела Негро, Стивен Л. Уделл, Кьяра Оппедесано, Луиджи Пацциани, Алессандро Папетто, Джордж Павлов, Маттео Перри, Мелисса Пейс Роллинз, Пьер-Оливье Петруччи, Андреа Поссенти, Юрий Потанин, Симонетта Бочетти, Брайан Д. Рэмси, Джон Рэнкин, Аджай Ратиш, Оливер Дж. Робертс, Кармело Сгро, Паоло Совита, Глория Спандри, Дуглас А. Шварц, Тору Тамагава, Фабрицио Тавеккио, Роберто Таверна, Юзуру Тавара, Аллен Ф. Теннант, Николас Э. Томас, Франческо Томпези, Алессио Троа, Сергей Цыганков, Роберто Торола, Жако Финк, Кеноа Ву и Сильвия Зейн, 23 октября 2023 г., Астрофизический журнал.
дои: 10.3847/1538-4357/acfa02

IXPE — это сотрудничество НАСА и Итальянского космического агентства с научными партнерами и сотрудниками в 12 странах. IXPE возглавляет Центр космических полетов имени Маршалла НАСА в Хантсвилле, штат Алабама. Компания Ball Aerospace, базирующаяся в Брумфилде, штат Колорадо, управляет эксплуатацией космических кораблей в сотрудничестве с Лабораторией физики атмосферы и космоса Университета Колорадо в Боулдере.

Центр космических полетов имени Маршалла НАСА управляет программой «Чандра». Рентгеновский центр «Чандра» Смитсоновской астрофизической обсерватории контролирует научные операции из Кембриджа, штат Массачусетс, и полеты из Берлингтона, штат Массачусетс.