美国宇航局的X射线望远镜揭示了一只幽灵般的宇宙之手的“骨骼”

熊明青

美国宇航局的X射线望远镜揭示了一只幽灵般的宇宙之手的“骨骼”。鸣谢:X射线:NASA/CXC/斯坦福大学/R. Romani等人(Chandra)；美国航天局/MSFC公司；红外:美国航天局/JPL加州理工学院/DECaPS；图像处理:NASA/CXC/SAO/J. Schmidt)

（）据美国宇航局（贝丝·里奇韦）：1895年，威廉·伦琴发现了X射线，并用它对他妻子手中的骨头进行成像，开创了一项革命性的医学诊断工具。现在，美国宇航局的两台X射线太空望远镜结合了它们的成像能力，揭示了太空中一个非凡的手形结构的磁场“骨骼”。总之，这些望远镜揭示了一个死亡的塌缩恒星的行为，它通过充满能量的物质和反物质的粒子流存活。

大约1500年前，我们银河系中的一颗巨星耗尽了可以燃烧的核燃料。当这种情况发生时，恒星塌缩并形成了一个密度极高的物体，称为中子星。

具有强磁场的旋转中子星或脉冲星为极端物理提供了实验室，其条件在地球上无法复制。年轻的脉冲星可以产生远离脉冲星两极的物质和反物质喷流，伴随着强烈的风，形成“脉冲星风星云”。

2001年，美国宇航局的钱德拉X射线天文台首次观测到脉冲星PSR B1509-58，并揭示了它的脉冲星风星云(被称为MSH 15-52)酷似人手。脉冲星位于星云“手掌”的底部。MSH 15-52距离地球16000光年。

现在，美国宇航局最新的X射线望远镜，成像X射线偏振探测器(IXPE)，已经对MSH 15-52进行了大约17天的观察，这是自2021年12月发射以来，它对任何单一物体进行观察的最长时间。

“IXPE数据给了我们第一张‘手’的磁场图，”领导这项研究的加州斯坦福大学的罗杰·罗马尼说。“产生X射线的带电粒子沿着磁场移动，决定了星云的基本形状，就像人手里的骨头一样。”

IXPE提供关于X射线电场方向的信息，由X射线源的磁场决定。这被称为X射线偏振。在MSH 15-52的大部分地区，极化程度非常高，达到了理论工作预期的最高水平。为了达到这种强度，磁场必须非常直和均匀，这意味着在脉冲星风星云的这些区域几乎没有湍流。

“我们都很熟悉X射线作为人类诊断医疗工具，”合著者约瑟芬·王说，她也来自斯坦福大学。“在这里，我们以不同的方式使用X射线，但它们再次揭示了我们隐藏的信息。”

MSH 15-52一个特别有趣的特征是明亮的X射线喷流从脉冲星指向图像底部的“手腕”。新的IXPE数据显示，喷流开始时的极化较低，可能是因为这是一个湍流区域，具有与高能粒子产生相关的复杂、纠结的磁场。在喷流结束时，磁力线变直，变得更加均匀，导致极化变得更大。

这些结果意味着，粒子在手掌底部脉冲星附近的复杂湍流区域被赋予了能量，并流向手腕、手指和拇指上磁场均匀的区域。

“我们已经揭示了脉冲星周围超高能物质和反物质粒子的生活史，”合著者Niccolò Di Lalla说，他也来自斯坦福大学。"这让我们了解了脉冲星是如何充当粒子加速器的."

IXPE还探测到船帆座和蟹状星云的类似磁场，这意味着它们在这些天体中可能惊人地常见。

这些结果发表在《天体物理学杂志》的一篇新论文上。