В 1895 году Вильгельм Рентген открыл рентгеновские лучи и использовал их для изображения костей руки своей жены, положив начало революционному диагностическому инструменту в медицине. Теперь два рентгеновских космических телескопа НАСА объединили свои возможности визуализации, чтобы раскрыть «кости» магнитного поля замечательной структуры в форме руки в космосе. Вместе эти телескопы раскрывают поведение мертвой коллапсирующей звезды, которая продолжает существовать благодаря шлейфам частиц заряженной материи и антиматерии. Около 1500 лет назад у гигантской звезды в нашей галактике закончилось ядерное топливо для горения. Когда это произошло, звезда рухнула сама на себя и образовала чрезвычайно плотный объект, названный нейтронной звездой. Вращающиеся нейтронные звезды с сильными магнитными полями, или пульсары, представляют собой лаборатории для экстремальной физики с условиями, которые невозможно воспроизвести на Земле. Молодые пульсары могут создавать струи материи и антиматерии, удаляющиеся от полюсов пульсара, вместе с сильным ветром, образуя «пульсарную ветровую туманность».
В 2001 году рентгеновская обсерватория НАСА «Чандра» впервые наблюдала пульсар PSR B1509-58 и обнаружила, что его пульсарная ветровая туманность (называемая MSH 15-52) напоминает человеческую руку. Пульсар расположен у основания «ладони» туманности. MSH 15-52 расположена на расстоянии 16 000 световых лет от Земли. Теперь новейший рентгеновский телескоп НАСА, Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE), наблюдал MSH 15-52 в течение примерно 17 дней, что является самым продолжительным периодом наблюдения за каким-либо отдельным объектом с момента его запуска в декабре 2021 года. «Данные IXPE дают нам первую карту магнитного поля в «руке», — сказал Роджер Романи из Стэнфордского университета в Калифорнии, который руководил исследованием. «Заряженные частицы, производящие рентгеновские лучи, движутся вдоль магнитного поля, определяя основную форму туманности, как это делают кости в руке человека».
IXPE предоставляет информацию об ориентации электрического поля рентгеновских лучей, определяемой магнитным полем источника рентгеновского излучения. Это называется рентгеновской поляризацией. В больших областях MSH 15-52 степень поляризации чрезвычайно высока, достигая максимального уровня, 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. «Мы все знакомы с рентгеновскими лучами как с медицинским диагностическим инструментом для людей», — сказала соавтор Жозефина Вонг, также из Стэнфорда. «Здесь мы используем рентгеновские лучи по-другому, но они снова раскрывают информацию, которая в противном случае была бы скрыта от нас». Особенно интересной особенностью MSH 15-52 является яркая рентгеновская струя, направленная от пульсара к «запястью» в нижней части изображения.
Новые данные IXPE показывают, что поляризация в начале струи 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 однородными, в результате чего поляризация становится намного больше. Эти результаты подразумевают, что частицы получают прирост энергии в сложных турбулентных областях возле пульсара у основания ладони и текут в области, где магнитное поле однородно вдоль запястья, пальцев и большого пальца. «Мы раскрыли историю жизни сверхэнергетической материи и частиц антиматерии вокруг пульсара», — сказал соавтор Никколо Ди Лалла, также из Стэнфорда. «Это учит нас тому, как пульсары могут действовать как ускорители частиц». IXPE также обнаружил аналогичные магнитные поля в ветровых туманностях Вела и Крабовидных пульсарах, а это означает, что они могут быть на удивление распространены в этих объектах.
