У 1895 році Вільгельм Рентген відкрив рентгенівські промені та використовував їх для зображення кісток на руці своєї дружини, започаткувавши революційний діагностичний інструмент для медицини. Тепер два рентгенівські космічні телескопи NASA об’єднали свої можливості для отримання зображень, щоб відкрити «кістки» магнітного поля дивовижної структури у формі руки в космосі. Разом ці телескопи показують поведінку мертвої зруйнованої зірки, яка продовжує жити завдяки шлейфам частинок енергійної матерії та антиматерії.
Приблизно 1500 років тому у гігантської зірки в нашій галактиці закінчилося ядерне паливо для спалювання. Коли це сталося, зірка колапсувала сама на себе та утворила надзвичайно щільний об’єкт, який називається нейтронною зіркою.
Обертові нейтронні зірки з сильними магнітними полями або пульсари створюють лабораторії для екстремальної фізики з умовами, які неможливо відтворити на Землі. Молоді пульсари можуть створювати струмені матерії та антиматерії, що віддаляються від полюсів пульсара разом із інтенсивним вітром, утворюючи «пульсарну вітрову туманність».
У 2001 році рентгенівська обсерваторія НАСА Чандра вперше спостерігала пульсар PSR B1509-58 і виявила, що його пульсарна туманність вітру (відома як MSH 15-52) нагадує людську руку. Пульсар розташований біля основи «долоні» туманності. MSH 15-52 знаходиться на відстані 16 000 світлових років від Землі.
Тепер найновіший рентгенівський телескоп NASA, Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE), спостерігав за MSH 15-52 протягом приблизно 17 днів, що є найдовшим, коли він спостерігав за будь-яким окремим об’єктом з моменту його запуску в грудні 2021 року.
«Дані IXPE дають нам першу карту магнітного поля в «руці», — сказав Роджер Романі зі Стенфордського університету в Каліфорнії, який керував дослідженням. «Заряджені частинки, що створюють рентгенівське випромінювання, рухаються вздовж магнітного поля, визначаючи основну форму туманності, як це роблять кістки в руці людини».
IXPE надає інформацію про орієнтацію електричного поля рентгенівського випромінювання, що визначається магнітним полем джерела рентгенівського випромінювання. Це називається рентгенівською поляризацією. У великих областях MSH 15-52 величина поляризації надзвичайно висока, досягаючи максимального рівня, очікуваного з теоретичної роботи. Щоб досягти такої сили, магнітне поле має бути дуже прямим і рівномірним, тобто в тих областях вітрової туманності пульсара мало турбулентності.
«Ми всі знайомі з рентгенівськими променями як діагностичним медичним інструментом для людей», — сказала співавтор Джозефін Вонг, також зі Стенфорда. «Тут ми використовуємо рентгенівські промені по-іншому, але вони знову розкривають інформацію, яка інакше від нас прихована».
Однією особливо цікавою особливістю MSH 15-52 є яскравий рентгенівський струмінь, спрямований від пульсара до «зап’ястя» в нижній частині зображення. Нові дані IXPE показують, що поляризація на початку струменя низька, ймовірно, через те, що це турбулентна область зі складними заплутаними магнітними полями, пов’язаними з генерацією частинок високої енергії. До кінця струменя лінії магнітного поля випрямляються і стають набагато одноріднішими, в результаті чого поляризація стає набагато більшою.
Ці результати означають, що частинки отримують енергетичний приріст у складних турбулентних областях біля пульсара біля основи долоні та течуть до ділянок, де магнітне поле є рівномірним уздовж зап’ястя, пальців і великого пальця.
«Ми розкрили історію життя наденергетичної матерії та частинок антиматерії навколо пульсара», — сказав співавтор Нікколо Ді Лалла, також зі Стенфорда. «Це вчить нас тому, як пульсари можуть діяти як прискорювачі частинок».
IXPE також виявив подібні магнітні поля для вітрових туманностей пульсарів Вела та Краб, що означає, що вони можуть бути напрочуд поширеними в цих об’єктах. Ці результати опубліковані в новій статті в The Astrophysical Journal.