美國(guó)宇航局IXPE新圖像：船帆座脈沖星風(fēng)星云 _美國(guó)

這張圖片展示了船帆座脈沖星風(fēng)星云。淺藍(lán)色代表來(lái)自美國(guó)宇航局成像X射線偏振探測(cè)器的X射線偏振數(shù)據(jù) 。粉紅色和紫色對(duì)應(yīng)于美國(guó)宇航局錢德拉X射線天文臺(tái)的數(shù)據(jù)，該天文臺(tái)此前已經(jīng)多次觀測(cè)到船帆座。美國(guó)宇航局的哈勃太空望遠(yuǎn)鏡拍攝了背景中的星星。Credits: X-ray: (IXPE) NASA/MSFC/Fei Xie & (Chandra) NASA/CXC/SAO; Optical: NASA/STScI Hubble/Chandra processing by Judy Schmidt; Hubble/Chandra/IXPE processing & compositing by NASA/CXC/SAO/Kimberly Arcand & Nancy Wolk
據(jù)美國(guó)宇航局(Elizabeth Landau)：大約10，000年前，船帆座一顆巨星爆炸產(chǎn)生的光到達(dá)地球。這顆超新星留下了一個(gè)被稱為脈沖星的致密物體，它在旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)有規(guī)律地變亮，就像一座宇宙燈塔。從這顆脈沖星的表面，出現(xiàn)了以接近光速傳播的粒子風(fēng)，產(chǎn)生了帶電粒子和磁場(chǎng)的混亂大雜燴，并撞擊到周圍的氣體中。這種現(xiàn)象被稱為脈沖星風(fēng)星云。
在這張新圖像中，朦朧的淺藍(lán)色光暈對(duì)應(yīng)于船帆座有史以來(lái)第一次X射線偏振數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)來(lái)自美國(guó)宇航局的成像X射線偏振探測(cè)器，或IXPE 。一條指向右上角的淡藍(lán)色模糊線對(duì)應(yīng)著一股以大約光速一半的速度從脈沖星中射出的高能粒子流。粉紅色的X射線“弧”被認(rèn)為標(biāo)志著環(huán)形區(qū)域的邊緣，在那里脈沖星風(fēng)沖擊并加速高能粒子。脈沖星本身位于圖像中心的白色圓圈處。

美國(guó)宇航局的成像X射線偏振探測(cè)器(IXPE)對(duì)船帆座脈沖星風(fēng)星云的觀測(cè)圖像。這些顏色代表不同的X射線強(qiáng)度，最亮的區(qū)域?yàn)榧t色，最暗的區(qū)域?yàn)樗{(lán)色。黑線給出了基于IXPE數(shù)據(jù)的磁場(chǎng)方向，而銀線給出了基于澳大利亞望遠(yuǎn)鏡致密陣列的無(wú)線電數(shù)據(jù)的磁場(chǎng)方向。灰色輪廓顯示了來(lái)自錢德拉數(shù)據(jù)的X射線強(qiáng)度。脈沖星位于最亮的X射線發(fā)射中心附近。Credits: Xie et al, 2022 (Nature)
粉紅色和紫色對(duì)應(yīng)于美國(guó)宇航局錢德拉X射線天文臺(tái)的數(shù)據(jù)，該天文臺(tái)此前已經(jīng)多次觀測(cè)到船帆座。這些金色的星星是由美國(guó)宇航局的哈勃太空望遠(yuǎn)鏡拍攝的。
測(cè)量偏振與電磁波的組織方式有關(guān)，它讓科學(xué)家們對(duì)脈沖星這樣的宇宙物體如何將粒子加速到高速有了前所未有的了解。
“通過(guò)IXPE，我們正在使用像船帆座這樣的極端物體作為實(shí)驗(yàn)室，來(lái)研究天體物理學(xué)中一些最緊迫的問(wèn)題，例如在恒星爆炸后很久粒子如何被彈射到接近光速的速度， ”美國(guó)宇航局位于阿拉巴馬州亨茨維爾的馬歇爾航天飛行中心的高級(jí)科學(xué)家菲爾·卡里特說(shuō) 。
在最近的一項(xiàng)研究中，科學(xué)家們對(duì)他們?cè)诖}沖星風(fēng)星云的X射線中發(fā)現(xiàn)的高度極化感到驚訝。對(duì)該天體的觀察發(fā)表在12月的《自然》雜志上。
“這是迄今為止在天體X射線源中測(cè)量到的最高偏振度，”《自然》雜志研究的第一作者、中國(guó)廣西南寧的廣西大學(xué)教授謝飛說(shuō)，他以前是羅馬意大利國(guó)家天體物理研究所/空間天體物理和行星學(xué)研究所(INAF/IAPS)的博士后研究員。
高極化意味著電磁場(chǎng)組織良好；它們排列在特定的方向，取決于它們?cè)谛窃浦械奈恢?。更重要的是，IXPE探測(cè)到的X射線來(lái)自脈沖星風(fēng)星云磁場(chǎng)中螺旋運(yùn)動(dòng)的高能電子，稱為“同步加速器發(fā)射” 。高度極化的X射線意味著這些磁場(chǎng)也必須組織有序。
參與IXPE數(shù)據(jù)分析的斯坦福大學(xué)天體物理學(xué)家羅杰·w·羅馬尼(Roger W. Romani)說(shuō) ，與周圍有物質(zhì)外殼的超新星遺跡相比，X射線的高極化“表明電子沒(méi)有被其他X射線源中似乎很重要的湍流沖擊加速” 。相反，肯定有一些其他的過(guò)程參與其中，比如磁場(chǎng)重聯(lián)，它涉及到磁力線的斷裂和結(jié)合。這是磁能轉(zhuǎn)化為粒子能的一種方式。
IXPE數(shù)據(jù)還表明，磁場(chǎng)在脈沖星的赤道周圍排列成一個(gè)光滑的環(huán)形結(jié)構(gòu) 。這個(gè)形狀符合科學(xué)家的預(yù)期。
“這種IXPE X射線偏振測(cè)量增加了船帆座脈沖星風(fēng)星云拼圖中缺失的一塊，”羅馬INAF/IAPS的研究員Alessandro Di Marco說(shuō)，他為數(shù)據(jù)分析做出了貢獻(xiàn) 。“通過(guò)以前所未有的分辨率繪制地圖，IXPE揭示了中心區(qū)域的磁場(chǎng)，顯示出與從外層星云的無(wú)線電圖像中獲得的結(jié)果一致。”
船帆座脈沖星距離地球約1000光年，直徑約15英里(25公里)，每秒旋轉(zhuǎn)11次，比直升機(jī)旋翼還快。
關(guān)于IXPE任務(wù)
作為美國(guó)宇航局小型探索者任務(wù)系列的一部分， IXPE于2021年12月從美國(guó)宇航局位于佛羅里達(dá)州的肯尼迪航天中心發(fā)射了獵鷹9號(hào)火箭。它現(xiàn)在在地球赤道上方370英里(約595公里)的軌道上運(yùn)行。這項(xiàng)任務(wù)是美國(guó)國(guó)家航空航天局和意大利航天局的合作項(xiàng)目，在13個(gè)國(guó)家有合作伙伴和科學(xué)合作者。鮑爾航空航天公司，總部設(shè)在科羅拉多州布魯姆菲爾德，管理航天器的運(yùn)作。