Die mysteriöse Geisterhand wurde von den Röntgenteleskopen der NASA entdeckt

NASADie Chandra- und IXPE-Teleskope von IXPE enthüllen die magnetischen „Knochen“ der „Hand“-Form. Pulsar Der Windnebel MSH 15-52 bietet bahnbrechende Einblicke in die Röntgenpolarisation und die Magnetfelddynamik.

• Chandra- und IXPE-Daten wurden verwendet, um den pulsierenden Windnebel MSH 15-52 zu untersuchen.
• Pulsarwindnebel sind Wolken aus energiereichen Teilchen, die von toten und kollabierenden Sternen wegrasen.
• Der MSH 15-52 ist für seine Form bekannt, die einer menschlichen Hand ähnelt.
• IXPE beobachtete es etwa 17 Tage lang, der bisher längste Blick auf ein einzelnes Objekt für diese Mission.

Das Wunder der Pulsare

Rotierende Neutronensterne mit starken Magnetfeldern oder Pulsare fungieren als Laboratorien für extreme Physik und sorgen für hochenergetische Bedingungen, die auf der Erde nicht reproduziert werden können. Junge Pulsare können Jets aus Materie und Antimaterie erzeugen, die sich zusammen mit starken Winden von den Polen des Pulsars entfernen und einen „Pulsarwindnebel“ bilden.

Entdeckung der „Hand im Weltraum“

Im Jahr 2001 beobachtete das Chandra-Röntgenobservatorium der NASA erstmals den Pulsar PSR B1509-58 und stellte fest, dass der Windnebel des Pulsars (als MSH 15-52 bezeichnet) einer menschlichen Hand ähnelte. Der Pulsar befindet sich an der Basis der „Handfläche“ des Nebels. Jetzt wurden Chandras Daten zu MSH 15-52 mit Daten des neuesten Röntgenteleskops der NASA, dem X-ray Polarimetry Explorer (IXPE), kombiniert, um die „Knochen“ des Magnetfelds dieser faszinierenden Struktur freizulegen. IXPE starrte 17 Tage lang auf MSH 15-52, die längste Zeit, die es seit seinem Start im Dezember 2021 jemals auf ein Objekt untersucht hat.

Dies ist eine Ansicht von MSH 15-52 aus der Chandra-Röntgenbeobachtung. Die IXPE-Röntgen- und Infrarotbeobachtungen, die im zusammengesetzten Bild oben im Artikel enthalten sind, sind nicht enthalten. Bildnachweis: Röntgen: NASA/CXC/Stanford University./R. Roman et al. (Chandra); Bildverarbeitung: NASA/CXC/SAO/J. Schmidt

Interpretation des zusammengesetzten Bildes

In einem neuen zusammengesetzten Bild werden Chandra-Daten in Orange (Röntgenstrahlen mit niedriger Energie), Grün und Blau (Röntgenstrahlen mit hoher Energie) angezeigt, während diffuses Lila IXPE-Beobachtungen darstellt. Der Pulsar befindet sich im hellen Bereich an der Basis der Handfläche und die Finger zeigen auf niederenergetische Röntgenwolken in den umgebenden Überresten der Supernova, die den Pulsar gebildet hat. Das Bild enthält auch Infrarotdaten des Red and Blue Data Release 2 Dark Energy Plane Survey (DECaPS2).

Die erste medizinische Röntgenaufnahme der Hand seiner Frau Anna Bertha Ludwig durch Wilhelm Röntgen. Bildnachweis: Wilhelm Röntgen

Röntgenpolarisation und magnetische Karte

IXPE-Daten liefern die erste Karte des Magnetfelds in einer „Handschrift“. Es liefert Informationen über die Richtung des elektrischen Röntgenfeldes, das durch das Magnetfeld der Röntgenquelle bestimmt wird. Dies wird als „Röntgenpolarisation“ bezeichnet.

Ein zusätzliches Röntgenbild (unten) zeigt eine Karte des Magnetfelds bei MSH 15-52. In diesem Bild stellen kurze gerade Linien IXPE-Polarisationsmessungen dar und kartieren die Richtung des lokalen Magnetfelds. Orangefarbene „Balken“ zeigen die genauesten Messungen an, gefolgt von cyanfarbenen und blauen Balken mit weniger präzisen Messungen. Komplexe Feldlinien zeichnen das „Handgelenk“, die „Handfläche“ und die „Finger“ der Hand nach und helfen möglicherweise dabei, ausgedehnte fingerähnliche Strukturen zu identifizieren.

Karte des Magnetfelds bei MSH 15-52. Die Linien stellen IXPE-Polarisationsmessungen dar und bilden die Richtung des lokalen Magnetfelds ab. Die Länge der Balken gibt den Grad der Polarisation an. Bildnachweis: Röntgen: NASA/CXC/Stanford University./R. Roman et al. (Chandra); NASA/MSFC (IXPE); Infrarot: NASA/JPL-Caltech/DECaPS; Bildverarbeitung: NASA/CXC/SAO/J. Schmidt

Magnetfeld und Polarisation

Das Ausmaß der Polarisation, angezeigt durch die Länge des Bandes, ist bemerkenswert hoch und erreicht das Maximum, das aus theoretischen Arbeiten erwartet wird. Um diese Stärke zu erreichen, muss das Magnetfeld sehr gerade und gleichmäßig sein, was bedeutet, dass es in diesen Regionen des Pulsarwindnebels wenig Turbulenzen gibt.

Ein besonders interessantes Merkmal von MSH 15-52 ist der helle Röntgenstrahl, der vom Pulsar in das „Handgelenk“ am unteren Bildrand gerichtet ist. Die neuen IXPE-Daten zeigen, dass die Polarisation zu Beginn der Strömung gering ist, was wahrscheinlich darauf zurückzuführen ist, dass es sich um eine turbulente Region mit komplexen, verschlungenen Magnetfeldern handelt, die mit der Erzeugung hochenergetischer Teilchen verbunden sind. Am Ende des Strahls scheinen sich die magnetischen Feldlinien auszurichten und regelmäßiger zu werden, wodurch die Polarisation viel größer wird.

Ein Artikel, der diese Ergebnisse beschreibt, wurde von Roger Romani von der Stanford University und seinen Mitarbeitern veröffentlicht Die Astrophysikalisches Journal Am 23. Oktober 2023.

Referenz: „Die kosmische polarisierende Hand: IXPE-Beobachtungen von PSR B1509−58/MSH 15−52“ von 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 und Sylvia Zane, 23. Oktober 2023, Astrophysikalisches Journal.
doi: 10.3847/1538-4357/acfa02

IXPE ist eine Zusammenarbeit zwischen der NASA und der italienischen Weltraumbehörde mit wissenschaftlichen Partnern und Mitarbeitern in 12 Ländern. IXPE wird vom Marshall Space Flight Center der NASA in Huntsville, Alabama, geleitet. Ball Aerospace mit Sitz in Broomfield, Colorado, verwaltet den Betrieb von Raumfahrzeugen in Zusammenarbeit mit dem University of Colorado Laboratory for Atmospheric and Space Physics in Boulder.

Das Marshall Space Flight Center der NASA verwaltet das Chandra-Programm. Das Chandra X-ray Center des Smithsonian Astrophysical Observatory steuert den wissenschaftlichen Betrieb von Cambridge, Massachusetts, und den Flugbetrieb von Burlington, Massachusetts.