Cassiopeia takımyıldızındaki bir yıldızın patlamasından kaynaklanan bir yapı olan Cas A süpernova kalıntısının bileşik görüntüleri. Maviler Chandra Gözlemevi’nden gelen verileri temsil ediyor, turkuaz NASA’nın Görüntüleme X-ışını Polarimetri Gezgini’nden (IXPE) ve altın Hubble Teleskobu’nun izniyle. Kredi: X-ray: Chandra: NASA/CXC/SAO, IXPE: NASA/MSFC/J. Vink ve diğerleri; Optik: NASA/STScI
kullanma NASA‘nin Görüntüleme X-ışını Polarimetri Gezgini (IXPE), gökbilimciler, ilk kez, patlamış bir yıldızın kalıntılarından polarize X-ışınlarını ölçtü ve haritalandırdı. Bulgular, ünlü bir yıldız kalıntısı olan Cassiopeia A’nın gözlemlerinden elde edildi. Sonuçlar, parçacıkları ışık hızına yakın hızlandıran genç süpernova kalıntılarının doğasına yeni bir ışık tuttu.
NASA ve İtalyan Uzay Ajansı işbirliğiyle 9 Aralık 2021’de fırlatılan IXPE, bu hassasiyet ve netlik seviyesiyle X-ışını ışığının polarizasyonunu ölçebilen ilk uydu. Evrendeki en uç nesnelerin bazılarının sırlarını keşfetmek için tasarlandı – süpernova patlamalarının kalıntıları, kara delikleri besleyen güçlü parçacık akışları ve daha fazlası.
“Bu IXPE sonuçları beklediğimiz gibi değildi, ancak bilim adamları olarak şaşırmayı seviyoruz.” – Dr. Jacco Vink
Radyo dalgalarından gama ışınlarına kadar her türlü ışık polarize edilebilir. Islak bir yoldan veya ön camdan yansıyan güneş ışığından gelen parlamayı kesmek için kullandığımız polarize güneş gözlüklerinin aksine, IXPE’nin dedektörleri gelen X-ışını ışığının izlerini haritalandırır. Bilim adamları, X-ışınlarının içinden geçenlerin hikayesini anlatan kutuplaşmayı anlamak için bu bireysel izleme kayıtlarını kullanabilirler.
Cassiopeia A (kısaca Cas A), veri toplamaya başladıktan sonra gözlemlenen ilk nesne IXPE idi. Cas A’nın seçilmesinin nedenlerinden biri, şok dalgalarının – bir jet tarafından üretilen sonik patlama gibi – dünyanın en hızlılarından biri olmasıdır. Samanyolu. Şok dalgaları, büyük bir yıldızı çöktükten sonra yok eden süpernova patlaması tarafından üretildi. Patlamadan gelen ışık, üç yüz yıldan fazla bir süre önce Dünya’yı süpürdü.
Astrofizik Merkezi’nden Pat Slane, “IXPE olmadan, Cas A gibi nesneler hakkında önemli bilgileri kaçırıyorduk” dedi. Süpernova kalıntılarının IXPE araştırmalarına liderlik eden Harvard & Smithsonian. “Bu sonuç bize, bu patlamış yıldızdan gelen enkazın temel bir yönünü, manyetik alanlarının davranışını öğretiyor.”
Sanatçının IXPE’yi Dünya yörüngesindeki temsili. Kredi bilgileri: NASA
Görünmez olan manyetik alanlar, protonlar ve elektronlar gibi hareketli yüklü parçacıkları iter ve çeker. Eve daha yakın olduklarında, mutfak buzdolabına yapışmış mıknatısları tutmaktan sorumludurlar. Patlamış bir yıldız gibi aşırı koşullar altında, manyetik alanlar bu parçacıkları ışık hızına yakın bir hıza çıkarabilir.
Süper yüksek hızlarına rağmen, Cas A’da şok dalgaları tarafından süpürülen parçacıklar, şokların ardından manyetik alanlar tarafından hapsoldukları için süpernova kalıntısından uçup gitmezler. Parçacıklar, manyetik alan çizgileri etrafında sarmal yapmaya zorlanır ve elektronlar, polarize olan “senkrotron radyasyonu” adı verilen yoğun bir ışık türü yayar.
Bilim adamları, bu ışığın kutuplaşmasını inceleyerek, Cas A’nın içinde çok küçük ölçeklerde neler olup bittiğini “tersine mühendislik” yapabilirler – başka şekillerde gözlemlenmesi zor veya imkansız olan ayrıntılar. Polarizasyon açısı bize bu manyetik alanların yönü hakkında bilgi verir. Şok cephelerine yakın manyetik alanlar çok karışıksa, farklı manyetik alan yönlerine sahip bölgelerden gelen kaotik radyasyon karışımı daha az miktarda polarizasyon verecektir.
Bu grafik, NASA’nın Görüntüleme X-ışını Polarimetri Gezgini’nden (IXPE) gelen verileri Chandra’dan (mavi) bir X-ışını görüntüsüyle ve Cassiopeia A (Cas A) süpernova kalıntısının Hubble’dan (altın) optik ışıkta bir görünümüyle birleştirir. Bu grafikteki çizgiler, kalıntı bölgeleri boyunca manyetik alanın yönünü gösteren IXPE ölçümlerinden gelmektedir. Yeşil çizgiler, ölçümlerin en önemli olduğu bölgeleri gösterir. Bu sonuçlar, Cas A’nın eteklerine yakın manyetik alan çizgilerinin büyük ölçüde radyal olarak, yani kalıntının merkezinden dışarıya doğru bir yönde yönlendirildiğini göstermektedir. IXPE gözlemleri ayrıca, küçük bölgeler üzerindeki manyetik alanın, baskın bir tercih edilen yön olmaksızın oldukça karışık olduğunu da ortaya koymaktadır. Kredi: Röntgen: Chandra: NASA/CXC/SAO; IXPE: NASA/MSFC/J. Vink et al.
Cas A’nın radyo teleskoplarıyla yapılan önceki çalışmaları, radyo senkrotron radyasyonunun neredeyse tüm süpernova kalıntısı boyunca bölgelerde üretildiğini göstermiştir. Gökbilimciler, radyo dalgalarının yalnızca küçük bir miktarının, yani yaklaşık %5’inin polarize olduğunu buldular. Ayrıca manyetik alanın, bir tekerleğin parmakları gibi radyal olarak yönlendirildiğini ve kalıntının merkezine yakın bir yerden kenara doğru yayıldığını belirlediler.
Öte yandan, NASA’nın Chandra X-ışını Gözlemevi’nden alınan veriler, X-ışını senkrotron radyasyonunun esas olarak, manyetik alanların aynı hizada olduğu tahmin edilen kalıntının dairesel dış kenarına yakın, şoklar boyunca ince bölgelerden geldiğini gösteriyor. şoklar. Chandra ve IXPE, farklı türde dedektörler kullanır ve farklı açısal çözünürlük veya keskinlik seviyelerine sahiptir. 1999’da piyasaya sürülen Chandra’nın ilk bilim görüntüsü de Cas A’ya aitti.
Cassiopeia A (Cas A), 300 yıldan daha uzun bir süre önce gökyüzümüzde ortaya çıkan bir süpernova patlamasının kalıntısıdır. Dünya’dan yaklaşık 11.000 ışıkyılı uzaklıkta yer almaktadır. Adı, içinde görüldüğü takımyıldızdan alınmıştır: Kraliçe Cassiopeia.
Bir süpernova, büyük bir yıldızın ömrünün sonunda meydana gelen felaket patlamasıdır. Cas A, böyle bir patlamadan geriye kalan genişleyen malzeme kabuğudur.
IXPE’den önce bilim adamları, radyo teleskopları tarafından gözlemlenen manyetik alanlara dik olan manyetik alanlar tarafından X-ışını polarizasyonunun üretileceğini tahmin ettiler.
Bunun yerine, IXPE verileri, X-ışınlarındaki manyetik alanların, şok cephelerine çok yakın olsa bile radyal yönlerde hizalanma eğiliminde olduğunu göstermektedir. X-ışınları ayrıca radyo gözlemlerinin gösterdiğinden daha düşük miktarda polarizasyon ortaya çıkarır, bu da X-ışınlarının birçok farklı manyetik alan yönünün karışımıyla çalkantılı bölgelerden geldiğini gösterir.
Amsterdam Üniversitesi’nden Dr. Jacco Vink ve Cas A’daki IXPE sonuçlarını açıklayan makalenin baş yazarı, “Bu IXPE sonuçları beklediğimiz gibi değildi, ancak bilim adamları olarak şaşırmayı seviyoruz” diyor. X-ışını ışığının polarize olması, Cas A’nın çok ilginç ve daha önce tespit edilmemiş bir özelliğidir.”
Cas A için IXPE sonucu, şu anda devam etmekte olan süpernova kalıntılarının daha fazla gözlemi için iştahı kabartıyor. Bilim adamları, gözlemlenen her yeni nesnenin, Evreni kritik unsurlarla tohumlayan bu önemli nesneler hakkında yeni cevaplar ortaya çıkarmasını ve daha da fazla soru sormasını bekliyor.
Roma’daki İtalyan Ulusal Astrofizik Enstitüsü/Uzay Astrofizik ve Gezegenbilim Enstitüsü’nden Dr. Riccardo Ferrazzoli, “Bu çalışma, IXPE’nin astrofiziğe getirdiği tüm yenilikleri barındırıyor” dedi. “Bu kaynaklar için ilk kez X-ışını polarizasyon özellikleri hakkında bilgi almakla kalmadık, aynı zamanda süpernovanın farklı bölgelerinde bunların nasıl değiştiğini de biliyoruz. IXPE gözlem kampanyasının ilk hedefi olarak Cas A, ekibin son yıllarda geliştirdiği tüm teknikleri ve analiz araçlarını test etmek için astrofiziksel bir ‘laboratuvar’ sağladı.”
Amsterdam Üniversitesi’nden ortak yazar Dmitry Prokhorov, “Bu sonuçlar, elektronları inanılmaz derecede yüksek enerjilere hızlandırmak için gerekli ortamın benzersiz bir görünümünü sağlıyor” dedi. “Bu dedektif hikayesinin henüz başındayız, ancak şu ana kadar IXPE verileri, izini sürmemiz için yeni ipuçları sağlıyor.”
IXPE, NASA ve İtalyan Uzay Ajansı arasında 12 ülkede ortaklar ve bilim işbirlikçileri ile bir işbirliğidir. Merkezi Broomfield, Colorado’da bulunan Ball Aerospace, NASA’nın Huntsville, Alabama’daki Marshall Uzay Uçuş Merkezi için IXPE’yi işleten Colorado Üniversitesi Atmosfer ve Uzay Bilimleri Laboratuvarı ile birlikte uzay aracı operasyonlarını yönetiyor.
