Загадка космической руки: как рентгеновские телескопы NASA раскрыли секреты мертвой звезды

В конце XIX века было сделано одно из самых важных открытий в истории физики. Вильгельм Рентген обнаружил новый вид электромагнитного излучения, которое способно проникать сквозь тело человека и отображать его внутреннюю структуру. Это излучение получило название рентгеновских лучей и стало мощным инструментом для медицины. Но рентгеновские лучи не только помогают диагностировать болезни, но и открывают нам потрясающие картины космоса. Два космических телескопа НАСА, работающих в рентгеновском диапазоне, сделали снимок необычной формы в нашей галактике, которая напоминает руку, держащую звезды.

Эта форма — это пульсарная ветровая туманность MSH 15-52, которая находится на расстоянии 16 000 световых лет от Земли. Пульсарная ветровая туманность — это облако газа и пыли, окружающее пульсар — быстро вращающуюся нейтронную звезду с сильным магнитным полем. Нейтронная звезда — это остаток после взрыва сверхновой звезды, который произошел около 1500 лет назад. Пульсар излучает потоки частиц энергичного вещества и антивещества, которые формируют струи и ветер, определяющие форму туманности. Пульсар расположен у основания «ладони» туманности.

Первый телескоп НАСА, который сфотографировал эту туманность в 2001 году, был «Чандра». Он показал нам ее общий вид и цвет. Но новый телескоп НАСА — Изображающий Рентгеновский Поляризационный Исследователь (IXPE) — дал нам еще больше информации об этой туманности. Он измерил рентгеновскую поляризацию — свойство рентгеновских лучей, которое зависит от магнитного поля источника. «Данные IXPE позволяют нам увидеть ‘кости' руки — то есть магнитное поле, по которому движутся частицы», — сказал Роджер Романи из Стэнфордского университета, который возглавил исследование.

Рентгеновская поляризация высока в больших областях MSH 15-52, что говорит о том, что магнитное поле очень прямое и однородное. Это означает, что там нет сильной турбулентности или хаоса. Но есть одна область, где поляризация низкая — это струя, идущая от пульсара к «запястью» туманности. Это может быть связано с тем, что там происходит ускорение частиц до самых высоких энергий, которые достаточны для излучения гамма-лучей — самых энергичных форм света. Космический телескоп НАСА «Ферми» обнаружил гамма-излучение от MSH 15-52 в 2009 году. Это показало, что пульсарные ветровые туманности являются одними из самых ярких источников гамма-лучей в нашей галактике.

Кроме того, данные IXPE помогли определить скорость вращения пульсара — около 7 раз в секунду — и его угол наклона к нашему взгляду — около 60 градусов. Эти параметры важны для понимания того, как пульсар создает свое магнитное поле и как оно воздействует на окружающее пространство.

Изучение MSH 15-52 также может дать нам подсказки о том, как образуются другие пульсарные ветровые туманности с необычными формами. Например, телескоп «Чандра» обнаружил пульсарную ветровую туманность, похожую на космического медведя, а также другие фантастические фигуры. С помощью IXPE мы можем получить новый взгляд на эти объекты и раскрыть их секреты.