Рентгеновата светлина в останките от експлодиралата звезда Касиопея А „вибрира“ различно от предвиденото. Това показва, че магнитните полета около остатъка от свръхновата не се държат според теорията. Това е мнението на астрономите, анализирали първите по рода си рентгенови изображения от космическия телескоп IXPE.

Изследователите ще публикуват откритията си в списание The Astrophysical Journal.

Касиопея А (Cassiopeia A) е остатък, който е избухнал като свръхнова преди приблизително 11 000 години. Тя е най-проучваният близък остатък от свръхнова.

Когато първоначалната звезда изчерпва горивото си, тя колапсира и избухна като свръхнова, вероятно за кратко се превърна в един от най-ярките обекти в небето. 

Въпреки че астрономите смятат, че това се е случило около 1680 г., няма проверими исторически свидетелства, които да потвърдят това.

Касиопея A бе първият обект, наблюдаван от Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE) на НАСА, след като започна да събира данни.

Новият космически телескоп IXPE и ASI на  и Италианската космическа агенция позволи на астрономите да уловят поляризираната рентгенова светлина от звезди и остатъци от свръхнови за първи път. Рентгеновият телескоп е изстрелян в края на 2021 г. и бе първият, който погледна Касиопея А.

Хаотична посока на магнитното поле

Астрономите могат да извлекат много информация от т.нар. поляризация или посока на вибрация на светлината. Досега нямаше телескопи, които да могат да улавят поляризирана рентгенова светлина. Телескопът IXPE може.

"Предположихме, че в близост до ударните вълни в Cas A ще преобладава една посока на магнитното поле, тъй като ударът компресира магнитното поле в посока по протежение на удара", обяснява Яко Финк (Jacco Vink) от Университета на Амстердам, който е анализирал първите по рода си рентгенови изображения от космическия телескоп IXPE. "Тогава може да се очаква, че 70% от рентгеновата светлина ще бъде поляризирана и успоредна на ударите. Новите наблюдения показват, че само 5% от тях са поляризирани. Затова стигаме до заключението, че зад удара протичат различни процеси, които отново правят посоките на магнитното поле хаотични."

Между другото, теорията за множествените магнитни полета не е съвсем неочаквана. Предишни измервания на радиоизлъчване, т.е. не на рентгенови лъчи, също показаха само 5% поляризирана светлина.

_{Цветно изображение на Касиопея А въз основа на данни от космическите телескопи Хъбъл, Спицер и Чандра. Кредит: NASA/JPL-Caltech [чрез Wikimedia]}

Тънки нишки зад ударната вълна

„Все още има разлика между радио и рентгеновите лъчи“, добавя изследователят Дмитрий Прохоров (Dmitry Prokhorov) от Университет на Амстердам. „Радиовълните идва от по-широка област от рентгеновите лъчи. При радиовълните видяхме, че магнитните полета от ударите са насочени навън, като спиците на колело. В рентгенови лъчи виждаме посоките на магнитното поле в тънки струни точно зад ударите. Очевидно има процеси, които бързо разместват посоките на магнитното поле зад удара. Но все още не знаем какви са тези процеси."

Поляризация

Анимация, показваща четири различни състояния на поляризация и три ортогонални проекции. Кредит: Wikimedia Commons

_{Поляризираната светлина не е само лъч, който се движи напред, но и вълна, която върви нагоре и надолу. Тази вибрация се нарича още поляризация. Нормалната слънчева светлина вибрира във всички посоки. Неполяризиран е. Например, когато слънчевата светлина се отразява от водата, тя се поляризира и вибрира в предпочитана посока.}

_{Поляризацията представлява насочеността на светлинните вълни в триизмерното пространство. Като изследват колко се е променила тази ориентация, откакто светлината е напуснала източника си, учените могат да разберат средата, през която е преминала. Силната поляризация предполага например силна магнитна среда.}

Магнитните полета отблъскват и привличат движещите се заредени частици като протони и електрони. При екстремни условия, като избухнала звезда, те могат да ускорят тези частици до скорост, близка до светлинната.

Въпреки супер бързите си скорости, частиците, пометени от ударни вълни в Касиопея А, не отлитат от остатъка от свръхновата, защото са уловени от магнитни полета в резултат на ударите.

Частиците са принудени да се въртят спираловидно около линиите на магнитното поле и електроните излъчват интензивен вид светлина, наречен синхротронно лъчение, което е поляризирано.

Чрез изучаване на поляризацията на тази светлина учените могат да проектират обратно какво се случва вътре в Касиопея А в много малки мащаби - подробности, които са трудни или невъзможни за наблюдение по други начини.

Ъгълът на поляризация указва за посоката на тези магнитни полета.

Ако магнитните полета близо до ударните фронтове са много заплетени, хаотичната смес от радиация от региони с различни посоки на магнитното поле ще излъчва по-малко количество поляризация.

Преди IXPE астрономите прогнозират, че рентгеновата поляризация ще бъде произведена от магнитни полета, които са перпендикулярни на магнитните полета, наблюдавани от радиотелескопите.

Вместо това данните от IXPE показват, че магнитните полета в рентгеновите лъчи са склонни да бъдат подравнени в радиални посоки дори много близо до ударните фронтове.

Рентгеновите лъчи също разкриват по-ниска степен на поляризация, отколкото показват радионаблюденията, което предполага, че рентгеновите лъчи идват от турбулентни региони със смесица от много различни посоки на магнитното поле.

„Тези резултати от IXPE не бяха това, което очаквахме, но като учени ние обичаме да бъдем изненадани“, коментира д-р Яко Финк. „Фактът, че по-малък процент от рентгеновата светлина е поляризирана, е много интересно – и досега неоткрито – свойство на Касиопея А.“

Сега изследователите използват телескопа IXPE за измерване на поляризирана рентгенова светлина в други звезди и остатъци от свръхнови. Те също така разглеждат Cas A с новия космически телескоп "Джеймс Уеб". Анализите на това се очакват в близко бъдеще. Тогава може и да стане по-ясно какво е положението с Cas A.

Справка: Jacco Vink et al. 2022. X-ray polarization detection of Cassiopeia A with IXPE. ApJ, in press; arXiv: 2206.06713 Astrophysical Journal

Източник: IXPE Maps Polarized X-Rays from Cassiopeia A,  Sci.News

Още по темата

14/10/2022

Космос

Система за ранно предупреждение: Кога звездите са на път да избухнат в свръхнова

13/10/2022

Космос

Още два междузвездни метеора, но с твърде здрав материал и огнеупорни елементи

04/10/2022

Физика

Как вплитането на частиците откри нова ера в квантовите технологии

26/09/2022

Космос

Загадка: Нов FRB сигнал е засечен 2000 пъти само за 2 месеца