Рентгеновские телескопы запечатлели «кости» призрачной космической руки

Международная группа учёных опубликовала снимок туманности MSH 15-52, полученный с помощью двух телескопов рентгеновского диапазона, который совместили с инфракрасным изображением объекта. Форма туманности напоминает очертания рентгеновского снимка человеческой руки.

Источник изображений: chandra.harvard.edu

В 1895 году немецкий физик Вильгельм Рёнтген (Wilhelm Röntgen) открыл лучи, впоследствии названные в его честь рентгеновскими, и получил с их помощью изображение костей руки своей жены. С тех пор данные лучи получили широкий спектр применения, и в частности, теперь их использовали, чтобы запечатлеть «кости» магнитного поля расположенной в космосе уникальной структуры в форме человеческой руки. Американские телескопы «Чандра» и IXPE (Imaging X-ray Polarimetry Explorer) помогли изучить, что происходит в окрестностях мёртвой звезды, которая продолжает существовать за счёт шлейфов частиц заряженного вещества и антивещества.

Около 1500 лет назад у гигантской звезды в нашей галактике закончилось топливо — звезда сжалась и образовала чрезвычайно плотный объект — нейтронную звезду. Вращающиеся нейтронные звезды с сильными магнитными полями — пульсары — представляют собой лаборатории для изучения физических процессов в экстремальных условиях, которые невозможно воспроизвести на Земле. Молодые пульсары производят струи вещества и антивещества, выбрасываемого с полюсов как сильный ветер — он подпитывает туманность.

Снимки туманности MSH 15-52, полученные телескопами «Чандра» (слева), IXPE (в центре) и в инфракрасном диапазоне (справа)

В 2001 году американская рентгеновская обсерватория «Чандра» использовалась для наблюдения пульсара PSR B1509-58, в результате чего было обнаружено, что расположенная в его окрестностях туманность MSH 15-52 напоминает человеческую руку. Пульсар находится в основании «ладони» на расстоянии примерно 16 тыс. световых лет от Земли. Дополнительно этот объект изучили при помощи телескопа IXPE — наблюдение производилось около 17 дней, и это был самый продолжительный период наблюдения для обсерватории, запущенной в декабре 2021 года.

«Данные IXPE впервые дают нам карту магнитного поля в „руке”. Производящие космические лучи заряженные частицы движутся вдоль магнитного поля, определяя основную форму туманности подобно костям в руке человека», — рассказал глава группы исследователей Роджер Романи (Roger Romani) из Стэнфордского университета в Калифорнии. IXPE помог собрать информацию об ориентации электрического поля рентгеновских лучей, которая определяется магнитным полем источника рентгеновского излучения — о рентгеновской поляризации. В обширных областях MSH 15-52 степень поляризации чрезвычайно высока — здесь она достигает теоретического максимума. Чтобы выйти на эти показатели показателей, магнитное поле должно быть прямым и однородным, а значит, турбулентность здесь невысока.

Наиболее интересным фрагментом MSH 15-52 является струя, направленная к «запястью» в нижней области снимка. IXPE показал, что поляризация в начальном фрагменте струи низкая — здесь высокая турбулентность со сложными, запутанными магнитными полями. К концу струи линии магнитного поля выпрямляются, становятся всё более однородными, а поляризация сильно возрастает. Это значит, что в турбулентных областях вблизи пульсара частицы получают прирост энергии и свободно движутся там, где магнитное поле однородно: вдоль «запястья», отстоящего «большого» и прочих пальцев. Схожие схемы IXPE обнаружил и в других туманностях пульсаров, а значит, они могут оказаться распространёнными в подобных объектах.