A NASA röntgenteleszkópjai által felfedezett titokzatos szellemkéz

NASAAz IXPE Chandra és IXPE teleszkópjai feltárják a „kéz” alak mágneses „csontjait”. Pulzár Az MSH ​​15-52 szélköd úttörő betekintést nyújt a röntgensugárzás polarizációjába és a mágneses mező dinamikájába.

• A Chandra és az IXPE adatait az MSH ​​15-52 néven ismert pulzáló szélköd vizsgálatára használták.
• A pulzár szélköd az elhalt és összeomló csillagoktól távolodó energikus részecskék felhői.
• Az MSH ​​15-52 emberi kézre emlékeztető alakjáról ismert.
• Az IXPE körülbelül 17 napos megfigyelési időn keresztül figyelte meg, ez a küldetés eddigi leghosszabb pillantása egyetlen objektumra.

A pulzárok csodája

Az erős mágneses mezővel rendelkező forgó neutroncsillagok vagy pulzárok az extrém fizika laboratóriumaiként működnek, és nagy energiájú körülményeket biztosítanak, amelyeket a Földön nem lehet megismételni. A fiatal pulzárok anyag- és antianyagsugarakat hozhatnak létre, amelyek eltávolodnak a pulzár pólusaitól, az intenzív széllel együtt „pulzárszél-ködöt” alkotva.

A „kéz az űrben” felfedezése

2001-ben a NASA Chandra X-ray Obszervatóriuma figyelte meg először a PSR B1509-58 pulzárt, és felfedte, hogy a pulzár szélködje (más néven MSH 15-52) emberi kézre hasonlít. A pulzár a köd „tenyérének” alján található. Most Chandra MSH 15-52-re vonatkozó adatait egyesítették a NASA legújabb röntgenteleszkópjának, a X-ray Polarimetria Explorer (IXPE) adataival, hogy felfedjék e figyelemre méltó szerkezet mágneses terének „csontjait”. Az IXPE 17 napig bámulta az MSH ​​15-52-t, ez a leghosszabb idő, amikor 2021 decembere óta semmilyen tárgyat nézett.

Ez az MSH ​​15-52 képe a Chandra röntgen megfigyelésből. Nem tartalmazza a cikk tetején található összetett képen szereplő IXPE röntgen- és infravörös megfigyeléseket. A kép forrása: röntgen: NASA/CXC/Stanford University./R. Roman et al. (Csandra); Képfeldolgozás: NASA/CXC/SAO/J. Schmidt

Az összetett kép értelmezése

Egy új összetett képen a Chandra-adatok narancssárgán (alacsony energiájú röntgensugarak), zölden és kéken (nagy energiájú röntgensugarak) láthatók, míg a diffúz lila az IXPE megfigyeléseket képviseli. A pulzár a tenyér alján található fényes területen található, és az ujjak a pulzárt alkotó szupernóva környező maradványaiban lévő alacsony energiájú röntgenfelhők felé mutatnak. A kép a Red and Blue Data Release 2 Dark Energy Plane Survey (DECaPS2) infravörös adatait is tartalmazza.

Wilhelm Röntgen első orvosi röntgenfelvétele felesége Anna Bertha Ludwig kezéről. Köszönetnyilvánítás: Wilhelm Roentgen

Röntgen polarizáció és mágneses térkép

Az IXPE adatok adják a mágneses mező első térképét egy „kézben”. Információkat ad a röntgenforrás mágneses tere által meghatározott röntgenelektromos tér irányáról. Ezt „röntgenpolarizációnak” nevezik.

Egy további röntgenfelvételen (lent) az MSH ​​15-52 mágneses mező térképe látható. Ezen a képen a rövid egyenes vonalak az IXPE polarizációméréseket ábrázolják, leképezve a helyi mágneses tér irányát. A narancssárga „sávok” jelzik a legpontosabb méréseket, ezt követik a ciánkék és a kék sávok, amelyek kevésbé pontosak. Az összetett mezővonalak a kéz „csuklóját”, „tenyérét” és „ujjait” követik nyomon, talán segítve a kiterjesztett ujjszerű struktúrák azonosítását.

Az MSH ​​15-52 mágneses tér térképe. A vonalak az IXPE polarizációs méréseket ábrázolják, leképezve a lokális mágneses tér irányát. A sávok hossza a polarizáció mértékét jelzi. A kép forrása: röntgen: NASA/CXC/Stanford University./R. Roman et al. (Chandra); NASA/MSFC (IXPE); Infravörös: NASA/JPL-Caltech/DECaPS; Képfeldolgozás: NASA/CXC/SAO/J. Schmidt

Mágneses tér és polarizáció

A sáv hossza által jelzett polarizáció mértéke feltűnően magas, eléri az elméleti munkától elvárt maximumot. Ennek az erősségnek az eléréséhez a mágneses mezőnek nagyon egyenesnek és egyenletesnek kell lennie, ami azt jelenti, hogy a pulzár szélköd ezen tartományaiban kevés turbulencia van.

Az MSH ​​15-52 egyik különösen érdekes tulajdonsága a pulzárból a kép alján található „csuklóba” irányított fényes röntgensugár. Az új IXPE adatok azt mutatják, hogy az áramlás kezdetén a polarizáció alacsony, valószínűleg azért, mert ez egy turbulens régió összetett, összefonódott mágneses mezőkkel, amelyek nagy energiájú részecskék keletkezéséhez kapcsolódnak. A sugár végére úgy tűnik, hogy a mágneses erővonalak kiegyenesednek és szabályosabbá válnak, aminek következtében a polarizáció sokkal nagyobb lesz.

Az eredményeket leíró tanulmányt Roger Romani, a Stanford Egyetem munkatársa és munkatársai publikálták a Astrophysical Journal 2023. október 23-án.

Hivatkozás: „A kozmikus polarizáló kéz: IXPE megfigyelések a PSR B1509-58/MSH 15-52-ről” Roger 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, Viktorcia Donalnak, Immacolata Donalnak , 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. Kolodziejczak, Henryk Krawczynski, Fabio LaMonaca, Luca La Simontro Maddera , 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. Uppedesl, Luigi Oppedesl 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 és Sylvia Zane, október 2. 23. Astrophysical Journal.
doi: 10.3847/1538-4357/acfa02

Az IXPE a NASA és az Olasz Űrügynökség együttműködése, 12 ország tudományos partnereivel és munkatársaival. Az IXPE-t a NASA Marshall Űrrepülési Központja vezeti Huntsville-ben, Alabama államban. A Colorado állambeli Broomfieldben székelő Ball Aerospace a Colorado Egyetem légköri és űrfizikai laboratóriumával együttműködve irányítja az űrhajó-műveleteket.

A NASA Marshall Űrrepülési Központja irányítja a Chandra programot. A Smithsonian Astrophysical Observatory Chandra röntgenközpontja irányítja a tudományos műveleteket a Cambridge-ből (Massachusetts) és a repülési műveleteket a Massachusetts állambeli Burlingtonból.