Введение

Недавние достижения NASA в области астрономии открывают новые горизонты в понимании самых загадочных объектов нашей Вселенной. С помощью космического телескопа IXPE (Imaging X-ray Polarimetry Explorer) ученым удалось впервые напрямую измерить магнитные поля пульсара PSR J1101−6101, расположенного в туманности, известной как Туманность Лампочка. Эти результаты помогают лучше понять структуру экзотических объектов космоса и раскрывают тайны его работы.

Основные факты о пульсарах

• Что такое пульсар? Пульсар — это вид нейтронной звезды с мощным магнитным полем, вращающейся с огромной скоростью. Пульсар в центре Туманности Лампочка вращается 16 раз в секунду.
• Происхождение нейтронных звезд: Нейтронные звезды остаются после взрыва массивных звезд и обладают массой, превышающей массу Солнца, сжатой до размеров города.
• Поляризация света: Поляризация — это свойство света, описывающее направление колебаний его электрического поля. Степень поляризации измеряет, насколько согласованы эти колебания.

Исследование Туманности Лампочка

В июне 2025 года IXPE провел почти 18 дней, сосредоточившись на Туманности Лампочка. Астрономы исследовали два узких рентгеновских потока, исходящих от пульсара, чтобы более подробно понять, как электроны, движущиеся почти со скоростью света, взаимодействуют с этой энергетической системой. Более длинный поток называется «филамент», а более короткий — «трейл».

Когда высокоэнергетические частицы от пульсара сталкиваются с газом межзвездного пространства, они образуют ударную волну, подобную волне, создаваемой при движении быстрого судна. Большинство частиц оказывается за этой ударной волной, формируя бурный след за пульсаром.

Подтверждение теории магнитных полей

С 2008 года исследователи подозревали, что наиболее высокоэнергетические частицы уходят через эту ударную волну в межзвездное пространство, следуя вдоль магнитных полей галактики и создавая длинный, тонкий филамент туманности.

«Мы хотели проверить эту теорию», — говорит Джек Динсмор, студент Стэнфордского университета, возглавивший исследование. «‘Курительный пистолет’ 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».

Трудности измерений

Одной из проблем с этими измерениями является то, что Туманность Лампочка довольно тусклая. Чтобы преодолеть это, ученые IXPE разработали продвинутые методы анализа, использующие каждую деталь данных, избегая упрощений, которые могут ограничить информацию. С помощью этих новых инструментов и наблюдений туманности научная команда успешно измерила поляризацию филамента.

Также удалось получить измерения поляризации трейла и сигнала эмиссии пульсара. Их анализ подтвердил с более чем 99% уверенностью, что магнитное поле действительно выровнено с направлением движения частиц.

Новые вопросы и загадки

Хотя параллельное направление подтверждает модели движения частиц, степень поляризации была достаточно высокой, чтобы вызвать новые вопросы. «Многие модели для филаментов предполагают сильную магнитную турбулентность», — говорит 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 трейлу. Тем не менее, авторы собрали наблюдения радиочастот, показывающие магнитное поле, направленное почти точно перпендикулярно.

«Поразительное расхождение в ориентациях магнитных полей, наблюдаемое между радиоволновыми и рентгеновскими длинами волн, предоставляет убедительные доказательства высокоструктурированной природы этих объектов», — говорит Никколо Буккьянтини из Итальянского национального института астрофизики и соавтор исследования. «Это первое четкое указание на то, что частицы с различными энергиями занимают разные области внутри системы, что намекает на наличие множества, и, возможно, очень различных, механизмов ускорения».

О миссии IXPE

Миссия IXPE продолжает предоставлять беспрецедентные данные, позволяющие совершать прорывные открытия о небесных объектах по всему космосу. Это совместная миссия NASA и Итальянского космического агентства с партнерами и научными сотрудниками из 12 стран. Руководит проектом Центр космических полетов NASA Маршалла в Хантсвилле, штат Алабама, а операции космического аппарата управляются компанией BAE Systems, Inc. совместно с Лабораторией атмосферных и космических исследований Университета Колорадо в Боулдере.

Подробнее о продолжающейся миссии IXPE можно узнать здесь: NASA IXPE.

Заключение

Исследования, проводимые с помощью IXPE, открывают новые перспективы в понимании магнитных полей и рентгеновского излучения пульсаров. Эти открытия не только подтверждают существующие теории, но и ставят новые вопросы перед учеными, углубляя наше понимание сложных процессов, происходящих в самом сердце космоса.