Пульсары — это вращающиеся нейтронные звезды с мощными магнитными полями, которые предоставляют исследователям уникальные возможности для изучения условий экстремальной физики, недоступных на Земле. Молодые пульсары способны создавать струи материи и антиматерии, которые распространяются в пространстве от их полюсов вместе с мощными ветрами, образуя так называемые «пульсарные ветровые туманности».
В 2001 году астрономы, используя рентгеновскую обсерваторию NASA Chandra, впервые наблюдали пульсар PSR B1509-58 и обнаружили, что его пульсарная ветровая туманность, известная как MSH 15-52, напоминает человеческую руку. Пульсар располагается у основания «ладони» этой туманности. Теперь данные «Чандры» о MSH 15-52 объединены с недавними наблюдениями новейшего рентгеновского телескопа NASA, Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE), что позволило раскроить «костяшки» магнитного поля этой удивительной структуры. IXPE провела 17 дней наблюдений за MSH 15-52, что является самым долгим периодом наблюдения за отдельным объектом с момента ее запуска в декабре 2021 года.
Составное изображение, созданное на основе данных Chandra, показывает рентгеновские излучения с низкой энергией в оранжевом цвете, более высокой энергии — в зеленом и синем цвете, и фиолетовые области представляют наблюдения IXPE. Пульсар находится в яркой части у основания «ладони», а «пальцы» этой «руки» простираются к облакам низкоэнергетических рентгеновских излучений, окружающим остатки сверхновой, которая породила пульсар. Также на изображении присутствуют инфракрасные данные из второй серии данных Dark Energy Camera Plane Survey (DECaPS2), обозначенные красным и синими цветами.
Информация, полученная с помощью IXPE, представляет собой первую карту магнитного поля в «руке» MSH 15-52 и раскрывает данные о направлении электрического поля рентгеновских лучей, определяемого магнитным полем источника рентгеновского излучения. Это явление называется «рентгеновской поляризацией».
Дополнительное рентгеновское изображение, представленное ниже, демонстрирует карту магнитного поля MSH 15-52. Краткие линии на изображении отражают измерения поляризации, выполненные IXPE, и показывают направление локального магнитного поля. Оранжевые «полоски» представляют собой более точные измерения, за которыми следуют голубые и синие полосы с менее точными данными. Сложные линии магнитного поля повторяют форму «запястья», «ладони» и «пальцев» руки, что, возможно, поможет идентифицировать структуры, напоминающие пальцы.
Степень поляризации, отображаемая длиной полос, оказалась чрезвычайно высокой и соответствует максимальным значениям, предсказанным теорией. Это говорит о том, что магнитное поле в этих областях ветровой туманности пульсара является прямым и однородным, что означает низкую степень турбулентности в этих зонах.
Особо интересным аспектом MSH 15-52 является светящийся рентгеновский пучок, направленный от пульсара к «запястью» в нижней части изображения. Данные IXPE показали, что в начале этого пучка уровень поляризации низкий, что, вероятно, объясняется наличием турбулентных областей с запутанными магнитными полями, связанными с высокоэнергетическими частицами. К концу пучка, линии магнитного поля становятся более прямыми и однородными, что приводит к резкому увеличению степени поляризации.
Исследование, описывающее эти результаты, было опубликовано в журнале The Astrophysical Journal и представлено командой под руководством Роджера Романи из Стэнфордского университета.
