NASA’nın X-ışını teleskopları tarafından keşfedilen gizemli hayalet el

NASAIXPE’nin Chandra ve IXPE teleskopları “el” şeklinin manyetik “kemiklerini” ortaya çıkarıyor. Pulsar Rüzgar Bulutsusu, MSH 15-52, X-ışını polarizasyonu ve manyetik alan dinamikleri konusunda öncü bilgiler sağlar.

• MSH 15-52 olarak bilinen titreşimli rüzgar bulutsusunu incelemek için Chandra ve IXPE verileri kullanıldı.
• Pulsar rüzgarı bulutsuları, ölü ve çökmekte olan yıldızlardan uzaklaşan enerjik parçacıklardan oluşan bulutlardır.
• MSH 15-52, insan eline benzeyen şekliyle biliniyor.
• IXPE onu yaklaşık 17 günlük gözlem süresi boyunca gözlemledi; bu, bu görev için şimdiye kadar tek bir nesneye yapılan en uzun bakıştı.

Pulsarların harikası

Güçlü manyetik alanlara veya pulsarlara sahip dönen nötron yıldızları, Dünya’da kopyalanamayacak yüksek enerji koşulları sağlayarak ekstrem fizik laboratuvarları görevi görür. Genç pulsarlar, yoğun rüzgarlarla birlikte pulsarın kutuplarından uzaklaşan madde ve antimadde jetleri oluşturarak bir “pulsar rüzgar bulutsusu” oluşturabilirler.

“Uzayda el”in keşfi

2001 yılında NASA’nın Chandra X-ışını Gözlemevi, PSR B1509-58 pulsarını ilk kez gözlemledi ve pulsarın rüzgar bulutsusunun (MSH 15-52 olarak anılır) bir insan eline benzediğini ortaya çıkardı. Pulsar, bulutsunun “avuç içi”nin tabanında yer alır. Şimdi Chandra’nın MSH 15-52’ye ilişkin verileri, bu büyüleyici yapının manyetik alanının “kemiklerini” ortaya çıkarmak için NASA’nın en yeni X-ışını teleskopu X-ışını Polarimetri Gezgini’nden (IXPE) alınan verilerle birleştirildi. IXPE, 17 gün boyunca MSH 15-52’ye baktı; bu, Aralık 2021’deki lansmanından bu yana herhangi bir nesneye baktığı en uzun süre oldu.

Bu MSH 15-52’nin Chandra X-ışını gözleminden bir görüntüsüdür. Makalenin üst kısmındaki kompozit görüntüde yer alan IXPE X-ışını ve kızılötesi gözlemlerini içermemektedir. Resim kaynak: Röntgen: NASA/CXC/Stanford Üniversitesi./R. Roman ve ark. (Chandra); Görüntü işleme: NASA/CXC/SAO/J. Schmidt

Bileşik görüntünün yorumlanması

Yeni bir kompozit görüntüde, Chandra verileri turuncu (düşük enerjili X-ışınları), yeşil ve mavi (yüksek enerjili X-ışınları) renklerle gösterilirken dağınık mor, IXPE gözlemlerini temsil eder. Pulsar, avuç içi tabanındaki parlak bölgede yer alıyor ve parmaklar, pulsarı oluşturan süpernovanın çevredeki kalıntılarındaki düşük enerjili X-ışını bulutlarını işaret ediyor. Görüntü aynı zamanda Kırmızı ve Mavi Veri Yayını 2 Karanlık Enerji Düzlem Araştırması’ndan (DECaPS2) alınan kızılötesi verileri de içeriyor.

Wilhelm Röntgen tarafından eşi Anna Bertha Ludwig’in elinin ilk tıbbi röntgeni çekildi. Kredi bilgileri: Wilhelm Roentgen

X-ışını polarizasyonu ve manyetik harita

IXPE verileri bir ‘el’deki manyetik alanın ilk haritasını sağlar. X-ışını kaynağının manyetik alanı tarafından belirlenen X-ışını elektrik alanının yönü hakkında bilgi verir. Buna “X-ışını polarizasyonu” denir.

Ek bir X-ışını görüntüsü (aşağıda), MSH 15-52’deki manyetik alanın haritasını göstermektedir. Bu görüntüde kısa düz çizgiler, yerel manyetik alanın yönünü haritalayan IXPE polarizasyon ölçümlerini temsil ediyor. Turuncu “çubuklar” en doğru ölçümleri gösterir, ardından daha az hassas ölçümlere sahip camgöbeği ve mavi çubuklar gelir. Karmaşık alan çizgileri elin “bilek”, “avuç içi” ve “parmaklarını” takip ederek, belki de uzatılmış parmak benzeri yapıların tanımlanmasına yardımcı olur.

MSH 15-52’deki manyetik alanın haritası. Çizgiler, yerel manyetik alanın yönünü haritalayan IXPE polarizasyon ölçümlerini temsil eder. Çubukların uzunluğu polarizasyon miktarını gösterir. Resim kaynak: Röntgen: NASA/CXC/Stanford Üniversitesi./R. Roman ve ark. (Chandra); NASA/MSFC (IXPE); Kızılötesi: NASA/JPL-Caltech/DECaPS; Görüntü işleme: NASA/CXC/SAO/J. Schmidt

Manyetik alan ve polarizasyon

Bandın uzunluğuyla gösterilen polarizasyon miktarı oldukça yüksektir ve teorik çalışmadan beklenen maksimum değere ulaşır. Bu güce ulaşmak için manyetik alanın çok düz ve tekdüze olması gerekir, bu da pulsar rüzgar bulutsusunun bu bölgelerinde çok az türbülans olduğu anlamına gelir.

MSH 15-52’nin özellikle ilginç bir özelliği, pulsardan görüntünün altındaki “bileğe” yönlendirilen parlak X-ışını jetidir. Yeni IXPE verileri, akışın başlangıcındaki polarizasyonun düşük olduğunu ortaya koyuyor; bunun nedeni muhtemelen bu bölgenin, yüksek enerjili parçacıkların oluşumuyla ilişkili karmaşık, dolaşmış manyetik alanlara sahip türbülanslı bir bölge olmasıdır. Jetin sonunda manyetik alan çizgileri düzleşiyor ve daha düzenli hale geliyor, bu da kutuplaşmanın çok daha fazla artmasına neden oluyor.

Bu bulguları açıklayan bir makale Stanford Üniversitesi’nden Roger Romani ve çalışma arkadaşları tarafından yayımlandı. the Astrofizik Dergisi 23 Ekim 2023’te.

Referans: Roger W. Romani, Josephine Wong, Nicola Di Lalla, Nicola Omudi, Fei Shih, C.-Y. Ng, Riccardo Ferrazzoli, Alessandro De Marco, Niccolò Pocciantini, Maura Biglia, Patrick Slane, Martin C. Weiskopf, Simon Johnston, Marta Burgay, Ding Wei, Yijun Yang, Shuming Zhang, Lucio A. Antonelli, Matteo Bacchetti, Luca Baldini, Wayne H. Baumgartner, Ronaldo Bellazzini, Stefano Bianchi, Stephen D. Bongiorno, Raffaella Bonino, Alessandro Brez, Fiamma Capitano, Simone Castellano, Elisabetta Cavazotti, Shen Ting Chen, Niccolò Cebrario, Stefano Ciprini, Enrico Costa, Alessandra De Rosa, Ettore del Monte, Laura De Gesu, Immacolata Donnarumma, Viktor Doroshenko, Michal Dovciak , Steven R. Eilert, Teruaki Enotto, Yuri Evangelista, Sergio Fabiani, Javier A. Garcia, Shoichi Junji, Kiyoshi Hayashida, Jeremy Hill, Wataru Iwakiri, Ioannis Leoudakis, Philip Kart, Vladimir Karas, Dawun E. Kim, Takao Kitaguchi, Jeffrey J. Kolodziejczak, Henryk Krawczynski, Fabio LaMonaca, Luca Latronico, Grzegorz Madejski, Simon Maldera , Alberto Manfreda, Frédéric Marin, Andrea Marinucci, Alan B. Marcher, Herman L. Marshall, Francesco Massaro, Giorgio Matte, Riccardo Medi, Ikuyuki Mitsuishi, Tsunefumi Mizuno, Fabio Moelleri, Michela Negro, Stephen L. Udell, Chiara Oppedisano, Luigi Pazziani, Alessandro Papetto, George G. Pavlov, Matteo Perry, Melissa Pace Rollins, Pierre-Olivier Petrucci, Andrea Possenti, Juri Potanin, Simonetta Boccetti, Brian D. Ramsey, John Rankin, Ajay Ratheesh, Oliver J. Roberts, Carmelo Sgro, Paolo Sovita, Gloria Spandri, Douglas A. Swartz, Toru Tamagawa, Fabrizio Tavecchio, Roberto Taverna, Yuzuru Tawara, Allen F. Tennant, Nicholas E. Thomas, Francesco Tompesi, Alessio Troa, Sergey Tsygankov, Roberto Torola, Jaco Fink, Kenoah Wu ve Sylvia Zane, 23 Ekim 2023, Astrofizik Dergisi.
doi: 10.3847/1538-4357/acfa02

IXPE, NASA ile İtalyan Uzay Ajansı’nın 12 ülkedeki bilimsel ortakları ve işbirlikçileriyle yaptığı bir işbirliğidir. IXPE, NASA’nın Huntsville, Alabama’daki Marshall Uzay Uçuş Merkezi tarafından yönetilmektedir. Merkezi Broomfield, Colorado’da bulunan Ball Aerospace, Boulder’daki Colorado Üniversitesi Atmosfer ve Uzay Fiziği Laboratuvarı ile işbirliği içinde uzay aracı operasyonlarını yönetiyor.

NASA’nın Marshall Uzay Uçuş Merkezi Chandra programını yönetiyor. Smithsonian Astrofizik Gözlemevi’nin Chandra X-ışını Merkezi, Cambridge, Massachusetts’teki bilim operasyonlarını ve Burlington, Massachusetts’teki uçuş operasyonlarını kontrol ediyor.