宇宙の幽霊の手の「骨」を見る

宇宙の幽霊の手の「骨」を見る

X線: NASA/CXC/スタンフォード大学/R.ロマーニら（チャンドラ） NASA/MSFC (IXPE) 赤外線: NASA/JPL-Caltech/DECaPS 画像処理: NASA/CXC/SAO/J。シュミット

1895 年、ヴィルヘルム・レントゲンは X 線を発見し、それを使って妻の手の骨を撮影し、医学におけるこの診断ツールの使用に革命をもたらしました。現在、天文学者たちはNASAの2つのX線宇宙望遠鏡の撮影能力を組み合わせ、宇宙にある奇妙な手の形をした構造物の磁場の「骨格」を明らかにした。 2つの望遠鏡を組み合わせることで、エネルギー物質と反物質粒子の噴出を通して輝き続ける、死んで崩壊した星の挙動が明らかになった。

約1,500年前、私たちの天の川銀河の巨大な星が核燃料を使い果たしました。これが起こると、星は内部に崩壊し、中性子星と呼ばれる非常に高密度の物体を形成します。

強力な磁場を持つ回転する中性子星、つまりパルサーは、地球上では再現できない条件を備えた極限物理学の実験室を提供します。若いパルサーは、パルサーの極から噴出する物質と反物質のジェットを発生させ、それに伴って「パルサー風星雲」を形成する強風が発生します。

チャンドラとIXPEのデータを組み合わせることで、天文学者はパルサーがどのように宇宙に粒子を注入し、その環境を形成するかについて新たな洞察を得ています。ここに示されているのは、チリのダークエネルギーカメラからのX線データと赤外線データです。若いパルサーは、パルサーの極から外側に移動する物質と反物質のジェットを生成すると同時に、「パルサー風星雲」を形成する強い風も作り出します。 MSH 15-52と呼ばれるパルサー風星雲は人間の手に似ており、天文学者にこれらの天体がどのように形成されるかに関する情報を提供します。 X線: NASA/CXC/スタンフォード大学/R.ロマーニら（チャンドラ） NASA/MSFC (IXPE) 赤外線: NASA/JPL-Caltech/DECaPS 画像処理: NASA/CXC/SAO/J。シュミット

2001年、NASAのチャンドラX線観測衛星は初めてパルサーPSR B1509-58を観測し、そのパルサー風星雲（MSH 15-52と命名）が人間の手に似ていることを発見しました。パルサー PSR B1509-58 は、星雲の「手」の基部、MSH 15-52 に位置し、地球から 16,000 光年離れています。

現在、NASAの最新のX線望遠鏡である撮像X線偏光測定探査機（IXPE）は、MSH 15-52を約17日間観測しており、これは2021年12月の打ち上げ以来、IXPEが単一の天体を観測した最長時間となっている。

「IXPEのデータは、星雲の『手』の磁場の初めての地図を提供してくれる」と、この研究の主著者であるスタンフォード大学のロジャー・ロマーニ氏は語った。 「X線を生成する荷電粒子は磁場に沿って移動し、人間の手の骨と同じように星雲の基本的な形状を決定します。」

IXPE は、X 線源の磁場によって決定される X 線電場の方向 (X 線偏光と呼ばれる) に関する情報を提供します。 MSH 15-52 の広い領域では分極量が非常に高く、理論的研究から予想される最高レベルに達しています。この強さを達成するには、磁場が非常に直線的で均一でなければなりません。つまり、パルサー風星雲のこれらの領域では乱流がほとんどないということです。

「われわれは皆、人間を診断するための医療ツールとしてX線をよく知っている」と、同じくスタンフォード大学の共同執筆者であるジョセフィン・ウォン氏は述べた。 「ここでは、X線を別の方法で使用しており、これもまた、目に見えない情報を明らかにしています。」

MSH 15-52 の特に興味深い特徴は、画像の下部にあるパルサーの「手首」に向かって放射される明るい X 線のジェットです。新しい IXPE データは、ジェットの始まりの時点では分極度が非常に低いことを示しています。これは、高エネルギー粒子の生成に関連する複雑な磁場を伴う乱流領域であるためと考えられます。ジェットの終わりに向かって、磁力線はまっすぐになり、より均一になり、分極が強くなるように見えます。

X線: NASA/CXC/スタンフォード大学/R.ロマーニら（チャンドラ） NASA/MSFC (IXPE)赤外線: NASA/JPL-Caltech/DECaPS画像処理: NASA/CXC/SAO/J。シュミット

これらの結果は、粒子が「手のひら」の付け根にあるパルサー近くの複雑な乱流領域でエネルギー増加を得て、「手首」、「指」、「親指」に沿って均一な磁場の領域に向かって流れることを示唆しています。

「我々はパルサーの周囲における超高エネルギー物質と反物質粒子の生命史を発見した」とスタンフォード大学の共著者ニッコロ・ディ・ララ氏は語った。 「これにより、パルサーが粒子加速器としてどのように機能するかについての洞察が得られます。」

IXPE はほ座パルサー風星雲やかに星雲でも同様の磁場を検出しており、これはこれらの天体では磁場が驚くほど一般的である可能性があることを意味している。

この結果は天体物理学ジャーナルの新しい論文に掲載されている。

IXPE は、NASA とイタリア宇宙機関の共同プロジェクトであり、12 か国のパートナーと科学協力者が参加しています。 IXPE はマーシャル宇宙飛行センターが主導し、コロラド州ブルームフィールドに本社を置くボール エアロスペースとコロラド大学ボルダー校の大気宇宙物理学研究所が運営を管理しています。

NASA のマーシャル宇宙飛行センターがチャンドラ計画を管理しています。スミソニアン天体物理観測所のチャンドラX線センターは、マサチューセッツ州ケンブリッジでの科学活動と、マサチューセッツ州バーリントンでの飛行活動を管理しています。