NASA 的钱德拉和 IXPE 望远镜揭开了"手"形脉冲星风星云 MSH 15-52 的磁性"骨骼"，为 X 射线偏振和磁场动力学提供了突破性的见解。钱德拉和 IXPE 数据被用来研究被称为 MSH 15-52 的脉冲星风星云。脉冲星风星云是从死亡的坍缩恒星上吹走的高能粒子云。MSH 15-52 以其类似人手的形状而闻名。
通过结合钱德拉和 IXPE 的数据，天文学家们正在进一步了解脉冲星是如何向太空注入粒子并塑造其环境的。图中显示的是 X 射线数据和来自智利暗能量相机的红外数据。年轻的脉冲星会产生物质和反物质喷流，从脉冲星的两极向外移动，同时产生强烈的风，形成"脉冲星风星云"。这颗被称为MSH 15-52的脉冲星形状酷似人类的手掌，让人们了解到这些天体是如何形成的。资料来源：X射线： NASA/CXC/斯坦福大学/R. Romani et al. (Chandra); NASA/MSFC (IXPE); Infrared： NASA/JPL-Caltech/DECaPS；图像处理： NASA/CXC/SAO/J. Schmidt
IXPE 对它进行了大约 17 天的观测，这是该任务中对单个天体观测时间最长的一次。
具有强磁场的旋转中子星或脉冲星是极端物理学的实验室，提供了地球上无法复制的高能条件。年轻的脉冲星会产生物质和反物质喷流，这些喷流从脉冲星的两极喷出，并伴随着强烈的风，形成"脉冲星风星云"。
发现"太空之手"
2001年，NASA的钱德拉X射线天文台首次观测到脉冲星PSR B1509-58，发现它的脉冲星风星云（被称为MSH 15-52）酷似一只人手。脉冲星位于星云"手掌"的底部。现在，钱德拉的MSH 15-52数据与NASA最新的X射线望远镜--成像X射线极坐标探测器（IXPE）的数据相结合，揭开了这一非凡结构的磁场"骨骼"。IXPE 盯着 MSH 15-52 长达 17 天，这是它自 2021 年 12 月发射以来观察单个天体时间最长的一次。
这是钱德拉 X 射线观测所看到的 MSH 15-52。它不包括IXPE的X射线和红外线观测数据，这些数据包含在文章顶部的合成图像中。资料来源：X射线： NASA/CXC/Stanford Univ./R. Romani et al. Romani et al. (Chandra); Image Processing： NASA/CXC/SAO/J. Schmidt
解读合成图像
在新的合成图像中，钱德拉数据显示为橙色（低能 X 射线）、绿色和蓝色（高能 X 射线），而弥漫的紫色则代表 IXPE 观测数据。脉冲星位于手掌底部的明亮区域，手指伸向周围形成脉冲星的超新星遗迹中的低能 X 射线云。该图像还包括暗能量相机平面巡天（DECaPS2）第二次发布的红外数据（红色和蓝色）。
威廉-伦琴为妻子安娜-贝莎-路德维希（Anna Bertha Ludwig）的手拍摄的第一张医学 X 光片。资料来源：威廉-伦琴
IXPE 数据首次提供了"手"的磁场图。它揭示了由 X 射线源磁场决定的 X 射线电场方向的信息。这就是所谓的"X 射线极化"。
另一张 X 射线图像（下图）显示了 MSH 15-52 的磁场图。在该图像中，短直线代表 IXPE 偏振测量，映射出当地磁场的方向。橙色"条"代表最精确的测量结果，青色和蓝色"条"代表不太精确的测量结果。复杂的磁场线沿着手的"手腕"、"手掌"和"手指"分布，可能有助于确定手指状的延伸结构。
MSH 15-52 的磁场图。线条代表 IXPE 极化测量结果，映射出当地磁场的方向。条形图的长度表示极化的程度。资料来源：X 射线： NASA/CXC/Stanford Univ./R. Romani et al. Romani et al. (Chandra); NASA/MSFC (IXPE); Infared： NASA/JPL-Caltech/DECaPS；图像处理： NASA/CXC/SAO/J. Schmidt
用条形长度表示的极化量非常高，达到了理论工作所预期的最高水平。要达到这种强度，磁场必须非常平直和均匀，这意味着脉冲星风星云的这些区域几乎没有湍流。
MSH 15-52 的一个特别有趣的特征是从脉冲星向图像底部的"手腕"喷射出明亮的 X 射线。新的 IXPE 数据显示，喷流开始时的极化很低，这可能是因为这是一个湍流区域，磁场复杂而纠结，与高能粒子的产生有关。到了喷流的末端，磁场线似乎变直了，变得更加均匀，从而导致极化变得更大。
斯坦福大学的罗杰-罗曼尼（Roger Romani）及其合作者撰写的描述这些结果的论文发表在2023年10月23日的《天体物理学杂志》（The Astrophysical Journal）上。