Το μυστηριώδες χέρι φάντασμα που ανακαλύφθηκε από τα τηλεσκόπια ακτίνων Χ της NASA

NASAΤα τηλεσκόπια Chandra και IXPE της IXPE αποκαλύπτουν τα μαγνητικά «κόκαλα» του σχήματος «χέρι». Πάλσαρ Το νεφέλωμα του ανέμου, MSH 15-52, παρέχει πρωτοποριακές γνώσεις σχετικά με την πόλωση των ακτίνων Χ και τη δυναμική του μαγνητικού πεδίου.

• Τα δεδομένα Chandra και IXPE χρησιμοποιήθηκαν για να εξεταστεί το παλλόμενο νεφέλωμα ανέμου γνωστό ως MSH 15-52.
• Τα νεφελώματα του ανέμου Pulsar είναι σύννεφα ενεργητικών σωματιδίων που εκτοξεύονται μακριά από νεκρά αστέρια που καταρρέουν.
• Το MSH 15-52 είναι γνωστό για το σχήμα του που μοιάζει με ανθρώπινο χέρι.
• Το IXPE το παρατήρησε για περίπου 17 ημέρες παρατήρησης, τη μεγαλύτερη ματιά σε ένα αντικείμενο μέχρι σήμερα για αυτήν την αποστολή.

Το θαύμα των πάλσαρ

Περιστρεφόμενα αστέρια νετρονίων με ισχυρά μαγνητικά πεδία ή πάλσαρ λειτουργούν ως εργαστήρια για ακραία φυσική, παρέχοντας συνθήκες υψηλής ενέργειας που δεν μπορούν να αναπαραχθούν στη Γη. Τα νεαρά πάλσαρ μπορούν να δημιουργήσουν πίδακες ύλης και αντιύλης που απομακρύνονται από τους πόλους του πάλσαρ, μαζί με έντονους ανέμους, σχηματίζοντας ένα «νεφέλωμα ανέμου πάλσαρ».

Ανακάλυψη του «χέρι στο διάστημα»

Το 2001, το Παρατηρητήριο ακτίνων Χ Chandra της NASA παρατήρησε για πρώτη φορά το πάλσαρ PSR B1509-58 και αποκάλυψε ότι το νεφέλωμα ανέμου του πάλσαρ (αναφέρεται ως MSH 15-52) έμοιαζε με ανθρώπινο χέρι. Το πάλσαρ βρίσκεται στη βάση της «φοίνικας» του νεφελώματος. Τώρα τα δεδομένα του Chandra για το MSH 15-52 έχουν συνδυαστεί με δεδομένα από το νεότερο τηλεσκόπιο ακτίνων Χ της NASA, τον Εξερεύνηση Πολωμετρίας ακτίνων Χ (IXPE), για να αποκαλυφθούν τα «κόκαλα» του μαγνητικού πεδίου αυτής της αξιοσημείωτης δομής. Το IXPE κοίταξε το MSH 15-52 για 17 ημέρες, το μεγαλύτερο διάστημα που έχει κοιτάξει σε οποιοδήποτε αντικείμενο από την εκτόξευση του τον Δεκέμβριο του 2021.

Αυτή είναι μια άποψη του MSH 15-52 από την παρατήρηση ακτίνων Χ Chandra. Δεν περιλαμβάνει τις παρατηρήσεις ακτίνων Χ και υπέρυθρων IXPE που περιλαμβάνονται στη σύνθετη εικόνα στην κορυφή του άρθρου. Πίστωση εικόνας: Ακτινογραφία: NASA/CXC/Πανεπιστήμιο Στάνφορντ./R. Roman et al. (Chandra); Επεξεργασία εικόνας: NASA/CXC/SAO/J. Schmidt

Ερμηνεία της σύνθετης εικόνας

Σε μια νέα σύνθετη εικόνα, τα δεδομένα Chandra εμφανίζονται με πορτοκαλί (ακτίνες Χ χαμηλής ενέργειας), πράσινο και μπλε (ακτίνες Χ υψηλής ενέργειας), ενώ το διάχυτο μωβ αντιπροσωπεύει τις παρατηρήσεις IXPE. Το πάλσαρ βρίσκεται στη φωτεινή περιοχή στη βάση της παλάμης και τα δάχτυλα δείχνουν προς τα σύννεφα ακτίνων Χ χαμηλής ενέργειας στα γύρω υπολείμματα του σουπερνόβα που σχημάτισε το πάλσαρ. Η εικόνα περιλαμβάνει επίσης δεδομένα υπερύθρων από το Red and Blue Data Release 2 Dark Energy Plane Survey (DECaPS2).

Η πρώτη ιατρική ακτινογραφία που πραγματοποιήθηκε από τον Wilhelm Röntgen στο χέρι της συζύγου του Anna Bertha Ludwig. Πίστωση: Wilhelm Roentgen

Πόλωση ακτίνων Χ και μαγνητικός χάρτης

Τα δεδομένα IXPE παρέχουν τον πρώτο χάρτη του μαγνητικού πεδίου σε ένα «χέρι». Αποκαλύπτει πληροφορίες σχετικά με την κατεύθυνση του ηλεκτρικού πεδίου των ακτίνων Χ που καθορίζεται από το μαγνητικό πεδίο της πηγής ακτίνων Χ. Αυτό ονομάζεται «πόλωση ακτίνων Χ».

Μια πρόσθετη εικόνα ακτίνων Χ (παρακάτω) δείχνει έναν χάρτη του μαγνητικού πεδίου στο MSH 15-52. Σε αυτήν την εικόνα, σύντομες ευθείες γραμμές αντιπροσωπεύουν μετρήσεις πόλωσης IXPE, χαρτογραφώντας την κατεύθυνση του τοπικού μαγνητικού πεδίου. Οι πορτοκαλί “μπάρες” υποδεικνύουν τις πιο ακριβείς μετρήσεις, ακολουθούμενες από κυανές και μπλε ράβδους με λιγότερο ακριβείς μετρήσεις. Πολύπλοκες γραμμές πεδίου ανιχνεύουν τον «καρπό», την «παλάμη» και τα «δάχτυλα» του χεριού, ίσως βοηθώντας στον εντοπισμό εκτεταμένων δομών που μοιάζουν με δάχτυλα.

Χάρτης του μαγνητικού πεδίου στο MSH 15-52. Οι γραμμές αντιπροσωπεύουν μετρήσεις πόλωσης IXPE, χαρτογραφώντας την κατεύθυνση του τοπικού μαγνητικού πεδίου. Το μήκος των ράβδων δείχνει το μέγεθος της πόλωσης. Πίστωση εικόνας: Ακτινογραφία: NASA/CXC/Stanford Univ./R. Οι Roma et al. (Chandra); NASA/MSFC (IXPE); Υπέρυθρες: NASA/JPL-Caltech/DECaPS; Επεξεργασία εικόνας: NASA/CXC/SAO/J. Schmidt

Μαγνητικό πεδίο και πόλωση

Το μέγεθος της πόλωσης, που υποδεικνύεται από το μήκος της ζώνης, είναι αξιοσημείωτα υψηλό, φτάνοντας το μέγιστο αναμενόμενο από τη θεωρητική εργασία. Για να επιτευχθεί αυτή η ισχύς, το μαγνητικό πεδίο πρέπει να είναι πολύ ευθύ και ομοιόμορφο, πράγμα που σημαίνει ότι υπάρχουν μικρές αναταράξεις σε αυτές τις περιοχές του νεφελώματος του ανέμου πάλσαρ.

Ένα ιδιαίτερα ενδιαφέρον χαρακτηριστικό του MSH 15-52 είναι ο φωτεινός πίδακας ακτίνων Χ που κατευθύνεται από το πάλσαρ στον «καρπό» στο κάτω μέρος της εικόνας. Τα νέα δεδομένα IXPE αποκαλύπτουν ότι η πόλωση στην αρχή της ροής είναι χαμηλή, πιθανότατα επειδή πρόκειται για μια τυρβώδη περιοχή με πολύπλοκα, μπερδεμένα μαγνητικά πεδία που σχετίζονται με τη δημιουργία σωματιδίων υψηλής ενέργειας. Στο τέλος του πίδακα, οι γραμμές του μαγνητικού πεδίου φαίνονται να ισιώνουν και να γίνονται πιο κανονικές, με αποτέλεσμα η πόλωση να γίνει πολύ μεγαλύτερη.

Μια εργασία που περιγράφει αυτά τα ευρήματα έχει δημοσιευτεί από τον Roger Romani του Πανεπιστημίου του Στάνφορντ και τους συνεργάτες του ο Astrophysical Journal Στις 23 Οκτωβρίου 2023.

Αναφορά: «The cosmic polarizing hand: IXPE observations of PSR B1509−58/MSH 15−52» των 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, Laurama De Gektorum, , 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 LaMoniazétéaz , 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. Udepped 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, Sergey Tsygankov, Roberto Torola, Jaco Fink, Kenoah Wu και Sylvia Zane, 23 Οκτωβρίου 2022 Astrophysical Journal.
doi: 10.3847/1538-4357/acfa02

Το IXPE είναι μια συνεργασία μεταξύ της NASA και της Ιταλικής Διαστημικής Υπηρεσίας με επιστημονικούς εταίρους και συνεργάτες σε 12 χώρες. Το IXPE διευθύνεται από το Marshall Space Flight Center της NASA στο Huntsville της Αλαμπάμα. Η Ball Aerospace, με έδρα το Broomfield του Κολοράντο, διαχειρίζεται τις λειτουργίες διαστημικών σκαφών σε συνεργασία με το Εργαστήριο Ατμόσφαιρας και Διαστημικής Φυσικής του Πανεπιστημίου του Κολοράντο στο Boulder.

Το Marshall Space Flight Center της NASA διαχειρίζεται το πρόγραμμα Chandra. Το κέντρο ακτίνων Χ Chandra του Αστροφυσικού Παρατηρητηρίου Smithsonian ελέγχει τις επιστημονικές επιχειρήσεις από το Κέιμπριτζ της Μασαχουσέτης και τις πτητικές λειτουργίες από το Μπέρλινγκτον της Μασαχουσέτης.