Космический телескоп NASA картографирует магнитные поля пульсара «Маяк»

Впервые ученые использовали IXPE (Imaging X-ray Polarimetry Explorer) от NASA для прямого измерения магнитных полей пульсара PSR J1101−6101, расположенного в туманности, часто называемой Маяком. Полученные результаты предоставляют новые сведения о структуре одних из самых экстремальных объектов во Вселенной, продолжая исследовать тайны ее работы. Статья с описанием результатов была опубликована в четверг в журнале Astrophysical Journal.

• Пульсар — это тип нейтронной звезды с мощным магнитным полем, вращающейся с невероятной скоростью. Пульсар в центре туманности Маяк вращается 16 раз в секунду.

• Нейтронные звезды — это остаточные ядра массивных звезд, образующиеся в конце их жизненных циклов, обладающие массой, превышающей массу Солнца. Они сжаты до размеров города, что делает их естественными лабораториями для изучения экстремальной физики.

• Поляризация — это свойство света, описывающее направление колебаний его электрического поля. Степень поляризации — это измерение того, насколько эти колебания выровнены друг с другом.

В июне 2025 года IXPE провел почти 18 дней, сосредоточившись на туманности Маяк.

Астрономы исследовали два узких рентгеновских выброса, идущих от пульсара, чтобы лучше понять, как электроны, движущиеся почти со скоростью света, взаимодействуют с этой энергетической системой. Более длинный выброс называется «филаментом», а более короткий — «трассой».

Когда высокоэнергетические частицы от пульсара сталкиваются с газом межзвездного пространства, они формируют ударную волну, подобную волне, возникающей на носу быстро движущейся лодки. Большинство частиц оказывается запертыми за этой ударной волной, образуя бурную трассу позади пульсара.

Исследователи подозревали с 2008 года, что самые высокоэнергетические частицы вырываются через эту ударную волну в межзвездное пространство, следуя вдоль магнитных полей галактики и создавая длинный, тонкий филамент туманности.

«Мы хотели протестировать эту теорию», — сказал Джек Динсмор, студент Стэнфордского университета, возглавивший исследование. «‘Доказательство’ будет заключаться в измерении поляризации света, что указывает на направление магнитного поля. Если магнитное поле направлено вдоль филамента, это подтверждает, что частицы филамента движутся вдоль поля.»

Одной из проблем с этими измерениями является то, что туманность Маяк относительно тусклая. Чтобы справиться с этой задачей, ученые IXPE разработали продвинутые методы анализа, использующие каждую частицу данных, избегая упрощений, которые могли бы ограничить информацию. С помощью этих новых инструментов и свежих наблюдений за Маяком научная группа успешно измерила поляризацию филамента. Эти техники также позволили получить измерение поляризации трассы и сигнала излучения пульсара.

Их анализ подтвердил с уверенностью более 99%, что магнитное поле действительно выровнено с потоком частиц.

Хотя параллельное направление подтверждает модели движения частиц, степень поляризации была достаточно высокой, чтобы вызвать новые вопросы.

«Многие модели для филаментов предполагают сильную магнитную турбулентность», — отметил Роджер Романи, профессор Стэнфордского университета и соавтор статьи. «Высокая степень поляризации, которую мы измерили, указывает на меньшую турбулентность, чем требуют такие модели.»

Наблюдения IXPE также показали, что магнитное поле, ответственное за рентгеновское излучение, должно быть параллельно трассе. Однако авторы собрали наблюдения радиочастот, показывающие магнитное поле, направленное почти перпендикулярно.

«Поразительное расхождение в ориентациях магнитных полей, наблюдаемое между радиоволнами и рентгеновскими длинами волн, предоставляет убедительные доказательства высокоструктурированной природы этих объектов», — сказал Никколо Буккьянтини из Итальянского национального института астрофизики и соавтор исследования. «Это первое четкое свидетельство того, что частицы с различной энергией занимают разные области внутри системы, намекая на наличие множества, и потенциально очень различных, механизмов ускорения.»

Миссия IXPE, которая продолжает предоставлять беспрецедентные данные, позволяя открывать новые горизонты в изучении небесных объектов по всей Вселенной, является совместной миссией NASA и Итальянского космического агентства с партнерами и научными сотрудниками из 12 стран. Она возглавляется Центром космических полетов NASA Маршалла в Хантсвилле, штат Алабама, а операции космического аппарата управляются компанией BAE Systems, Inc. совместно с Лабораторией атмосферной и космической физики Университета Колорадо в Боулдере.

Узнайте больше о продолжающейся миссии IXPE здесь:

https://www.nasa.gov/ixpe