NASA X-ışını teleskopları hayaletimsi bir kozmik elin ‘kemiklerini’ ortaya çıkarıyor

1895’te Wilhelm Röntgen, X ışınlarını keşfetti ve bunları karısının elindeki kemikleri görüntülemek için kullanarak tıpta devrim niteliğinde bir teşhis aracının başlangıcı oldu. Şimdi NASA’nın X-ışını uzay teleskoplarından ikisi, uzaydaki olağanüstü el şeklindeki yapının manyetik alan “kemiklerini” ortaya çıkarmak için görüntüleme güçlerini birleştirdi. Bu teleskoplar hep birlikte, enerji yüklü madde ve antimadde parçacık bulutlarının arasında yaşamaya devam eden, çökmüş ölü bir yıldızın davranışını ortaya çıkarıyor.

Yaklaşık 1500 yıl önce galaksimizdeki dev bir yıldızın yakacak nükleer yakıtı bitti. Bu gerçekleştiğinde yıldız kendi üzerine çöktü ve nötron yıldızı adı verilen son derece yoğun bir cisim oluşturdu.

Güçlü manyetik alanlara veya pulsarlara sahip dönen nötron yıldızları, Dünya’da kopyalanamayacak koşullara sahip ekstrem fizik laboratuvarları sağlar. Genç pulsarlar, yoğun bir rüzgarla birlikte pulsarın kutuplarından uzaklaşan madde ve antimadde jetleri oluşturarak bir “pulsar rüzgar bulutsusu” oluşturabilirler.

2001 yılında NASA’nın Chandra X-ışını Gözlemevi, PSR B1509-58 pulsarını ilk kez gözlemledi ve pulsar rüzgar bulutsusunun (MSH 15-52 olarak anılır) bir insan eline benzediğini ortaya çıkardı. Pulsar, bulutsunun “avuç içi” tabanında bulunur. MSH 15-52, Dünya’dan 16.000 ışıkyılı uzaklıkta yer almaktadır.

NASA’nın en yeni X-ışını teleskopu Görüntüleme X-ışını Polarimetresi Gezgini (IXPE), MSH 15-52’yi yaklaşık 17 gün boyunca gözlemledi; bu, Aralık 2021’de fırlatılmasından bu yana herhangi bir nesneye baktığı en uzun süre oldu.

Çalışmayı yöneten Kaliforniya’daki Stanford Üniversitesi’nden Roger Romani, “IXPE verileri bize ‘eldeki’ manyetik alanın ilk haritasını veriyor” dedi. “X-ışınlarını üreten yüklü parçacıklar manyetik alan boyunca hareket ederek nebulanın temel şeklini belirler, tıpkı bir insanın elindeki kemikler gibi.”

IXPE, X-ışını kaynağının manyetik alanı tarafından belirlenen, X-ışınlarının elektrik alan yönelimi hakkında bilgi sağlar. Buna X-ışını polarizasyonu denir. MSH 15-52’nin geniş bölgelerinde polarizasyon miktarı oldukça yüksektir ve teorik çalışmalardan beklenen maksimum seviyeye ulaşır. Bu güce ulaşmak için manyetik alanın çok düz ve tek biçimli olması gerekir; bu da pulsar rüzgar bulutsusunun bu bölgelerinde çok az türbülans olması anlamına gelir.

Stanford’dan ortak yazar Josephine Wong, “Hepimiz X-ışınlarının insanlar için tanısal bir tıbbi araç olduğunu biliyoruz” dedi. “Burada X-ışınlarını farklı bir şekilde kullanıyoruz, ancak onlar yine bizden saklanan bilgileri açığa çıkarıyorlar.”

MSH 15-52’nin özellikle ilginç bir özelliği, pulsardan görüntünün altındaki “bileğe” yönlendirilen parlak bir X-ışını jetidir. Yeni IXPE verileri, jetin başlangıcındaki polarizasyonun düşük olduğunu ortaya koyuyor; bunun nedeni muhtemelen buranın, yüksek enerjili parçacıkların oluşumuyla ilişkili karmaşık, karışık manyetik alanlara sahip türbülanslı bir bölge olması. Jetin sonunda manyetik alan çizgileri düzleşiyor ve çok daha tekdüze hale geliyor, bu da kutuplaşmanın çok daha büyük olmasına neden oluyor.

Bu sonuçlar, avuç içi tabanında pulsar yakınındaki karmaşık türbülanslı bölgelerde parçacıkların enerji artışı sağladığını ve manyetik alanın bilek, parmaklar ve başparmak boyunca eşit olduğu alanlara aktığını ima ediyor.

Stanford’dan ortak yazar Niccolò Di Lalla, “Pulsarın etrafındaki süper enerjik madde ve antimadde parçacıklarının yaşam geçmişini ortaya çıkardık” dedi. “Bu bize pulsarların nasıl parçacık hızlandırıcı olarak hareket edebileceğini öğretiyor.”

IXPE ayrıca Vela ve Yengeç pulsar rüzgar bulutsuları için de benzer manyetik alanlar tespit etti; bu da bunların bu nesnelerde şaşırtıcı derecede yaygın olabileceği anlamına geliyor.

Bu sonuçlar bir dergide yayınlanır. yeni kağıt içinde Astrofizik Dergisi.