Космічний телескоп NASA картографує магнітні поля пульсара «Ліхтар»

Вперше в історії вчені використали IXPE (Imaging X-ray Polarimetry Explorer) NASA для безпосереднього вимірювання магнітних полів пульсара PSR J1101−6101, який розташований у туманності, що часто називається Туманністю Ліхтаря. Ці результати відкривають нові горизонти в розумінні структури деяких з найекстремальніших об'єктів у космосі, адже NASA продовжує досліджувати таємниці всесвіту. Результати досліджень були опубліковані в четвер у журналі Astrophysical Journal.

• Пульсар — це тип нейтронної зірки з потужним магнітним полем, що обертається з неймовірною швидкістю. Пульсар у центрі Туманності Ліхтаря обертається 16 разів на секунду.

• Нейтронні зірки — це залишки ядер масивних зірок, що утворилися в кінці їх життєвих циклів, які мають більше маси, ніж Сонце. Вони стиснуті до розмірів міста, що робить їх природними лабораторіями для вивчення екстремальної фізики.

• Поляризація — це властивість світла, що описує напрямок вібрацій електричного поля. Ступінь поляризації є вимірюванням того, наскільки ці вібрації вирівняні одна з одною.

У червні 2025 року IXPE провів майже 18 днів, зосереджуючи увагу на Туманності Ліхтаря.

Астрономи дослідили два вузькі рентгенівські відростки, що виходять з пульсара, щоб краще зрозуміти, як електрони, що рухаються майже зі швидкістю світла, взаємодіють з цією енергетичною системою. Довший відросток відомий як "філамент", а коротший — "слід".

Коли високоенергетичні частинки з пульсара стикаються з газом міжзоряного простору, вони формують ударну хвилю, подібну до хвилі, що виникає на носі швидкохідного човна. Більшість частинок потрапляє за цю ударну хвилю, формуючи турбулентний слід за пульсаром.

Дослідники підозрювали з 2008 року, що частинки найвищої енергії виходять через цю ударну хвилю в міжзоряний простір, рухаючись вздовж магнітних ліній галактики, щоб створити довгий, тонкий філамент туманності.

"Ми хотіли перевірити цю теорію", — сказав Джек Дінсмор, студент бакалаврату Стенфордського університету, який очолив дослідження. "‘Курильний пістолет’ буде виявлений шляхом вимірювання поляризації світла, що вказує на напрямок магнітного поля. Якщо магнітне поле вказує вздовж філамента, це підтверджує, що частинки філамента рухаються вздовж поля."

Однією з проблем цих вимірювань є те, що Туманність Ліхтаря є відносно тьмяною. Щоб вирішити цю проблему, вчені IXPE розробили вдосконалені методи аналізу, які використовують кожен шматок даних, уникаючи спрощених кроків, які могли б обмежити інформацію. Завдяки цим новим інструментам та новим спостереженням Туманності наукова команда успішно виміряла поляризацію філамента. Ці техніки також надали вимірювання поляризації сліду та сигналу випромінювання пульсара.

Їхній аналіз підтвердив з більш ніж 99% впевненістю, що магнітне поле дійсно вирівняне з потоком частинок.

Хоча паралельний напрямок підтверджує моделі руху частинок, ступінь поляризації була достатньо високою, щоб поставити нові запитання.

"Багато моделей для філаментів припускають сильну магнітну турбулентність", — зазначив Роджер Романі, професор Стенфордського університету, який співавтор цього дослідження. "Висока ступінь поляризації, яку ми виміряли, вказує на нижчу турбулентність, ніж вимагають такі моделі."

Спостереження IXPE також показали, що магнітне поле, відповідальне за рентгенівське випромінювання, повинно бути паралельним сліду. Однак автори зібрали спостереження радіочастот, що показують магнітне поле, яке вказує майже точно перпендикулярно.

"Вражаюча розбіжність в орієнтаціях магнітних полів, спостережуваних між радіо- та рентгенівськими довжинами хвиль, надає переконливі докази високої структурованості цих об'єктів", — сказав Нікколо Буккянтіні з Італійського національного інституту астрофізики та співавтор дослідження. "Це перший чіткий знак того, що частинки різних енергій займають різні області в системі, натякаючи на наявність кількох, і потенційно дуже різних, механізмів прискорення."

Місія IXPE, яка продовжує надавати безпрецедентні дані, що дозволяють здійснювати революційні відкриття про небесні об'єкти по всьому всесвіту, є спільною місією NASA та Італійської космічної агенції з партнерами та науковими колабораторами з 12 країн. Її очолює Центр космічних польотів імені Маршалла NASA в Хантсвіллі, штат Алабама, а компанія BAE Systems, Inc. управляє операціями космічного апарату разом з Лабораторією атмосферних і космічних досліджень Університету Колорадо в Боулдері.

Дізнатися більше про триваючу місію IXPE можна тут:

https://www.nasa.gov/ixpe