Kosmiczny teleskop IXPE po raz pierwszy zmapował pole magnetyczne pulsara Latarnia Morska
Astronomowie z NASA po raz pierwszy bezpośrednio zmierzyli pole magnetyczne wokół pulsara PSR J1101−6101, znajdującego się w sercu Mgławicy Latarni Morskiej. Wyniki, opublikowane w czwartek 9 lipca w The Astrophysical Journal, potwierdzają hipotezę sformułowaną niemal dwie dekady temu, dotyczącą tego, jak najbardziej energetyczne cząstki uciekają z otoczenia pulsara w przestrzeń międzygwiazdową – a przy okazji stawiają nowe pytania o strukturę tych ekstremalnych obiektów.
Pulsar, który rotuje się szesnaście razy na sekundę
Pulsary to rodzaj gwiazd neutronowych – zapadniętych jąder masywnych gwiazd, które wybuchły jako supernowe. Choć ważą więcej niż Słońce, ich średnica odpowiada wielkości miasta, co czyni je naturalnymi laboratoriami fizyki ekstremalnej. Pulsar w centrum Mgławicy Latarni Morskiej rotuje szesnaście razy na sekundę, wyrzucając w przestrzeń strumień naładowanych cząstek pędzących niemal z prędkością światła.
Kiedy te cząstki zderzają się z rzadkim gazem międzygwiazdowym, tworzy się fala uderzeniowa, podobna do fali dziobowej powstającej z przodu szybko płynącej łodzi. Większość cząstek zostaje uwięziona za tą falą, tworząc turbulentny, krótszy ogon ciągnący się za pulsarem. Od 2008 roku astronomowie podejrzewali jednak, że najbardziej energetyczne cząstki potrafią przebić się przez falę uderzeniową i popłynąć wzdłuż linii pola magnetycznego Galaktyki, tworząc drugą, dłuższą strukturę – tak zwany warkocz.
Polaryzacja jako rozstrzygający dowód
Aby zweryfikować tę teorię, potrzebny był rozstrzygający dowód – pomiar polaryzacji promieniowania rentgenowskiego, który wskazuje kierunek pola magnetycznego. Jeśli pole magnetyczne biegnie równolegle do warkocza, oznaczałoby to, że cząstki rzeczywiście płyną wzdłuż jego linii.
Chcieliśmy sprawdzić tę teorię – powiedział Jack Dinsmore, student Uniwersytetu Stanforda i główny autor pracy. Rozstrzygający dowód dałby pomiar polaryzacji światła, który wskazuje kierunek pola magnetycznego.
Zadanie utrudniał fakt, że Mgławica Latarni Morskiej świeci stosunkowo słabo. Zespół opracował więc zaawansowane metody analizy danych, wykorzystujące każdy dostępny sygnał, bez upraszczających skrótów, które mogłyby ograniczyć ilość informacji. W czerwcu 2025 roku teleskop IXPE obserwował mgławicę przez niemal osiemnaście dni. Dzięki nowym narzędziom udało się zmierzyć polaryzację zarówno warkocza, jak i ogona, a także samego sygnału pulsara.
Analiza potwierdziła z pewnością przekraczającą 99 procent, że pole magnetyczne pokrywa się z kierunkiem przepływu cząstek – dokładnie tak, jak przewidywała teoria sprzed niemal dwóch dekad.
Niespodzianka: mniej turbulencji, niż zakładano
Sam kierunek pola magnetycznego potwierdził modele ruchu cząstek, ale stopień polaryzacji okazał się zaskakująco wysoki. Wiele modeli warkocza zakłada silną turbulencję magnetyczną – wyjaśnił Roger Romani, profesor Uniwersytetu Stanforda i współautor pracy. Wysoki stopień polaryzacji, jaki zmierzyliśmy, wskazuje na mniejszą turbulencję, niż wymagają takie modele.
Jeszcze bardziej intrygujący okazał się kontrast między pasmami promieniowania. Obserwacje w zakresie rentgenowskim pokazały pole magnetyczne równoległe do ogona, natomiast wcześniejsze dane radiowe wskazywały na pole ustawione niemal prostopadle.
Uderzająca rozbieżność w orientacji pola magnetycznego, obserwowana między falami radiowymi a rentgenowskimi, dostarcza przekonujących dowodów na wysoce uporządkowaną naturę tych obiektów – zauważył Niccolò Bucciantini z Włoskiego Narodowego Instytutu Astrofizyki, współautor badania. To pierwsza wyraźna wskazówka, że cząstki o różnych energiach zajmują odrębne obszary w tym układzie, co sugeruje istnienie wielu, potencjalnie bardzo różnych mechanizmów przyspieszania.
Dlaczego to ważne
Pulsary i otaczające je mgławice wiatru pulsarowego są naturalnymi akceleratorami cząstek, znacznie potężniejszymi niż jakikolwiek ziemski zderzacz. Zrozumienie, jak zorganizowane jest ich pole magnetyczne, pomaga astrofizykom wyjaśnić, skąd biorą się w Galaktyce najbardziej energetyczne promienie kosmiczne. Wynik z Latarni Morskiej pokazuje też możliwości samego IXPE – misji NASA i Włoskiej Agencji Kosmicznej, prowadzonej przez Marshall Space Flight Center, która od 2022 roku jako pierwszy instrument w historii bada polaryzację promieniowania rentgenowskiego obiektów kosmicznych. Zespół zapowiada dalsze obserwacje podobnych układów, by sprawdzić, czy rozdźwięk między polem radiowym a rentgenowskim to reguła, czy wyjątek.
Źródła: Główne:
- NASA Science, NASA Space Telescope Maps Magnetic Fields of 'Lighthouse’ Pulsar,
- J. T. Dinsmore i in., IXPE Polarizations of the Lighthouse Pulsar, Trail, and Filament,
Opracowanie: Agnieszka Nowak
