La misteriosa mano fantasma descubierta por los telescopios de rayos X de la NASA

NASALos telescopios Chandra e IXPE de IXPE revelan los «huesos» magnéticos de la forma de «mano». Púlsar La Nebulosa del Viento, MSH 15-52, proporciona conocimientos pioneros sobre la polarización de los rayos X y la dinámica del campo magnético.

• Se utilizaron datos de Chandra e IXPE para examinar la nebulosa de viento pulsante conocida como MSH 15-52.
• Las nebulosas de viento púlsar son nubes de partículas energéticas que se alejan a toda velocidad de estrellas muertas y en colapso.
• El MSH 15-52 destaca por su forma que recuerda a la mano humana.
• IXPE lo observó durante aproximadamente 17 días de observación, la observación más larga de un solo objeto hasta ahora para esta misión.

La maravilla de los púlsares

Las estrellas de neutrones en rotación con fuertes campos magnéticos, o púlsares, actúan como laboratorios de física extrema, proporcionando condiciones de alta energía que no se pueden replicar en la Tierra. Los púlsares jóvenes pueden crear chorros de materia y antimateria que se alejan de los polos del púlsar, junto con vientos intensos, formando una «nebulosa del viento del púlsar».

Descubrimiento de la «mano en el espacio»

En 2001, el Observatorio de rayos X Chandra de la NASA observó por primera vez el púlsar PSR B1509-58 y reveló que la nebulosa de viento del púlsar (conocida como MSH 15-52) se parecía a una mano humana. El púlsar está situado en la base de la «palma» de la nebulosa. Ahora los datos de Chandra sobre MSH 15-52 se han combinado con datos del telescopio de rayos X más nuevo de la NASA, el Explorador de Polarimetría de Rayos X (IXPE), para revelar los «huesos» del campo magnético de esta fascinante estructura. IXPE miró fijamente a MSH 15-52 durante 17 días, el tiempo más largo que ha observado cualquier objeto desde su lanzamiento en diciembre de 2021.

Esta es una vista de MSH 15-52 obtenida por la observación de rayos X del Chandra. No incluye las observaciones de rayos X e infrarrojos IXPE incluidas en la imagen compuesta en la parte superior del artículo. Crédito de la imagen: Rayos X: NASA/CXC/Stanford University./R. Romano y col. (Chandra); Procesamiento de imágenes: NASA/CXC/SAO/J. Schmidt

Interpretación de la imagen compuesta.

En una nueva imagen compuesta, los datos de Chandra se muestran en naranja (rayos X de baja energía), verde y azul (rayos X de alta energía), mientras que el violeta difuso representa observaciones de IXPE. El púlsar se encuentra en la región brillante en la base de la palma y los dedos apuntan hacia las nubes de rayos X de baja energía en los restos circundantes de la supernova que formó el púlsar. La imagen también incluye datos infrarrojos del Red and Blue Data Release 2 Dark Energy Plane Survey (DECaPS2).

La primera radiografía médica realizada por Wilhelm Röntgen de la mano de su esposa Anna Bertha Ludwig. Crédito: Wilhelm Roentgen

Polarización de rayos X y mapa magnético.

Los datos del IXPE proporcionan el primer mapa del campo magnético en una ‘mano’. Revela información sobre la dirección del campo eléctrico de rayos X determinada por el campo magnético de la fuente de rayos X. Esto se llama «polarización de rayos X».

Una imagen de rayos X adicional (abajo) muestra un mapa del campo magnético en MSH 15-52. En esta imagen, las líneas rectas cortas representan mediciones de polarización IXPE, que mapean la dirección del campo magnético local. Las “barras” naranjas indican las mediciones más precisas, seguidas de las barras cian y azul con mediciones menos precisas. Líneas de campo complejas trazan la “muñeca”, la “palma” y los “dedos” de la mano, lo que quizás ayude a identificar estructuras extendidas similares a dedos.

Mapa del campo magnético en MSH 15-52. Las líneas representan mediciones de polarización IXPE, que mapean la dirección del campo magnético local. La longitud de las barras indica la cantidad de polarización. Crédito de la imagen: Rayos X: NASA/CXC/Stanford University./R. Romano y col. (Chandra); NASA/MSFC (IXPE); Infrarrojos: NASA/JPL-Caltech/DECaPS; Procesamiento de imágenes: NASA/CXC/SAO/J. Schmidt

Campo magnético y polarización.

La cantidad de polarización, indicada por la longitud de la banda, es notablemente alta, alcanzando el máximo esperado en el trabajo teórico. Para lograr esta fuerza, el campo magnético debe ser muy recto y uniforme, lo que significa que hay poca turbulencia en esas regiones de la nebulosa del viento púlsar.

Una característica particularmente interesante de MSH 15-52 es el brillante chorro de rayos X dirigido desde el púlsar hacia la «muñeca» en la parte inferior de la imagen. Los nuevos datos del IXPE revelan que la polarización al comienzo del flujo es baja, probablemente porque se trata de una región turbulenta con campos magnéticos complejos y entrelazados asociados con la generación de partículas de alta energía. Al final del chorro, las líneas del campo magnético parecen enderezarse y volverse más regulares, lo que hace que la polarización sea mucho mayor.

Roger Romani de la Universidad de Stanford y sus colaboradores publicaron un artículo que describe estos hallazgos. el Diario astrofísico El 23 de octubre de 2023.

Referencia: “La mano polarizadora cósmica: observaciones IXPE de PSR B1509−58/MSH 15−52” por Roger W. Romani, Josephine Wong, Nicola Di Lalla, Nicola Omudi, Fei Shih, C.-Y. Ng, Riccardo Ferrazzoli, Alessandro De Marco, Niccolò Pocciantini, Maura Biglia, Patrick Slane, Martin C. Weiskopf, Simon Johnston, Marta Burgay, Ding Wei, Yijun Yang, Shuming Zhang, Lucio A. Antonelli, Matteo Bacchetti, Luca Baldini, Wayne H. Baumgartner, Ronaldo Bellazzini, Stefano Bianchi, Stephen D. Bongiorno, Raffaella Bonino, Alessandro Brez, Fiamma Capitano, Simone Castellano, Elisabetta Cavazotti, Shen Ting Chen, Niccolò Cebrario, Stefano Ciprini, Enrico Costa, Alessandra De Rosa, Ettore del Monte, Laura De Gesu, Immacolata Donnarumma, Viktor Doroshenko, Michal Dovciak , Steven R. Eilert, Teruaki Enotto, Yuri Evangelista, Sergio Fabiani, Javier A. García, Shoichi Junji, Kiyoshi Hayashida, Jeremy Hill, Wataru Iwakiri, Ioannis Leoudakis, Philip Kart, Vladimir Karas, Dawun E. Kim, Takao Kitaguchi, Jeffrey J. Kolodziejczak, Henryk Krawczynski, Fabio LaMonaca, Luca Latronico, Grzegorz Madejski, Simon Maldera , Alberto Manfreda, Frédéric Marin, Andrea Marinucci, Alan B. Marcher, Herman L. Marshall, Francesco Massaro, Giorgio Matte, Riccardo Medi, Ikuyuki Mitsuishi, Tsunefumi Mizuno, Fabio Moelleri, Michela Negro, Stephen L. Udell, Chiara Oppedisano, Luigi Pazziani, Alessandro Papetto, George G. Pavlov, Matteo Perry, Melissa Pace Rollins, Pierre-Olivier Petrucci, Andrea Possenti, Juri Potanin, Simonetta Boccetti, Brian D. Ramsey, John Rankin, Ajay Ratheesh, Oliver J. Roberts, Carmelo Sgro, Paolo Sovita, Gloria Spandri, Douglas A. Swartz, Toru Tamagawa, Fabrizio Tavecchio, Roberto Taverna, Yuzuru Tawara, Allen F. Tennant, Nicholas E. Thomas, Francesco Tompesi, Alessio Troa, Sergey Tsygankov, Roberto Torola, Jaco Fink, Kenoah Wu y Sylvia Zane, 23 de octubre de 2023. Diario astrofísico.
doi: 10.3847/1538-4357/acfa02

IXPE es una colaboración entre la NASA y la Agencia Espacial Italiana con socios y colaboradores científicos en 12 países. IXPE está dirigido por el Centro Marshall de Vuelos Espaciales de la NASA en Huntsville, Alabama. Ball Aerospace, con sede en Broomfield, Colorado, gestiona las operaciones de naves espaciales en colaboración con el Laboratorio de Física Atmosférica y Espacial de la Universidad de Colorado en Boulder.

El Centro Marshall de Vuelos Espaciales de la NASA gestiona el programa Chandra. El Centro de rayos X Chandra del Observatorio Astrofísico Smithsonian controla las operaciones científicas desde Cambridge, Massachusetts, y las operaciones de vuelo desde Burlington, Massachusetts.