NASATeleskop Chandra dan IXPE milik IXPE mengungkap “tulang” magnetis berbentuk “tangan”. pulsar Nebula Angin, MSH 15-52, memberikan wawasan perintis mengenai polarisasi sinar-X dan dinamika medan magnet.

• Data Chandra dan IXPE digunakan untuk memeriksa nebula angin berdenyut yang dikenal sebagai MSH 15-52.
• Nebula angin pulsar adalah awan partikel energik yang meluncur menjauh dari bintang mati dan runtuh.
• MSH 15-52 dikenal dengan bentuknya yang menyerupai tangan manusia.
• IXPE mengamatinya selama sekitar 17 hari waktu pengamatan, pengamatan terlama pada satu objek untuk misi ini.

Keajaiban pulsar

Bintang neutron yang berputar dengan medan magnet yang kuat, atau pulsar, bertindak sebagai laboratorium fisika ekstrem, menyediakan kondisi energi tinggi yang tidak dapat ditiru di Bumi. Pulsar muda dapat menciptakan pancaran materi dan antimateri yang menjauh dari kutub pulsar, bersamaan dengan angin kencang, membentuk “nebula angin pulsar”.

Penemuan “tangan di luar angkasa”

Pada tahun 2001, Observatorium Sinar-X Chandra NASA pertama kali mengamati pulsar PSR B1509-58 dan mengungkapkan bahwa nebula angin pulsar (disebut MSH 15-52) menyerupai tangan manusia. Pulsar terletak di dasar “telapak tangan” nebula. Kini data Chandra pada MSH 15-52 telah digabungkan dengan data dari teleskop sinar-X terbaru NASA, X-ray Polarimetry Explorer (IXPE), untuk mengungkap “tulang” medan magnet struktur menakjubkan ini. IXPE menatap MSH 15-52 selama 17 hari, yang merupakan waktu terlama yang pernah ia lihat pada objek apa pun sejak peluncurannya pada Desember 2021.

Ini adalah pemandangan MSH 15-52 dari pengamatan sinar-X Chandra. Ini tidak termasuk pengamatan sinar-X dan inframerah IXPE yang disertakan dalam gambar komposit di bagian atas artikel. Kredit gambar: X-ray: NASA/CXC/Stanford University./R. Romawi dkk. (Chandra); Pemrosesan gambar: NASA/CXC/SAO/J. Schmidt

Interpretasi gambar komposit

Dalam gambar komposit baru, data Chandra muncul dalam warna oranye (sinar X berenergi rendah), hijau, dan biru (sinar X berenergi tinggi), sedangkan ungu menyebar mewakili pengamatan IXPE. Pulsar terletak di wilayah terang di dasar telapak tangan dan jari-jari mengarah ke awan sinar-X berenergi rendah di sekitar sisa-sisa supernova yang membentuk pulsar. Gambar tersebut juga menyertakan data inframerah dari Red and Blue Data Release 2 Dark Energy Plane Survey (DECaPS2).

X-ray medis pertama dilakukan oleh Wilhelm Röntgen pada tangan istrinya Anna Bertha Ludwig. Kredit: Wilhelm Roentgen

Polarisasi sinar-X dan peta magnet

Data IXPE memberikan peta pertama medan magnet di ‘tangan’. Ini mengungkapkan informasi tentang arah medan listrik sinar-X yang ditentukan oleh medan magnet sumber sinar-X. Ini disebut “polarisasi sinar-X”.

Gambar sinar-X tambahan (di bawah) menunjukkan peta medan magnet di MSH 15-52. Dalam gambar ini, garis lurus pendek mewakili pengukuran polarisasi IXPE, yang memetakan arah medan magnet lokal. “Batang” oranye menunjukkan pengukuran yang paling akurat, diikuti oleh batang biru dan biru dengan pengukuran yang kurang tepat. Garis bidang yang rumit menelusuri “pergelangan tangan”, “telapak tangan”, dan “jari” tangan, mungkin membantu mengidentifikasi struktur mirip jari yang memanjang.

Peta medan magnet di MSH 15-52. Garis-garis tersebut mewakili pengukuran polarisasi IXPE, yang memetakan arah medan magnet lokal. Panjang batang menunjukkan besarnya polarisasi. Kredit gambar: X-ray: NASA/CXC/Stanford University./R. Romawi dkk. (Chandra); NASA/MSFC (IXPE); Inframerah: NASA/JPL-Caltech/DECaPS; Pemrosesan gambar: NASA/CXC/SAO/J. Schmidt

Medan magnet dan polarisasi

Besarnya polarisasi, yang ditunjukkan oleh panjang pita, sangatlah tinggi, mencapai maksimum yang diharapkan dari karya teoretis. Untuk mencapai kekuatan ini, medan magnet harus sangat lurus dan seragam, yang berarti hanya terdapat sedikit turbulensi di wilayah nebula angin pulsar tersebut.

Salah satu fitur menarik dari MSH 15-52 adalah pancaran sinar-X terang yang diarahkan dari pulsar ke “pergelangan tangan” di bagian bawah gambar. Data IXPE baru mengungkapkan bahwa polarisasi pada awal aliran rendah, kemungkinan karena wilayah ini merupakan wilayah turbulen dengan medan magnet yang kompleks dan terjerat yang terkait dengan pembentukan partikel berenergi tinggi. Pada akhir pancaran, garis-garis medan magnet tampak lurus dan menjadi lebih teratur, menyebabkan polarisasi menjadi lebih besar.

Sebuah makalah yang menjelaskan temuan ini telah diterbitkan oleh Roger Romani dari Universitas Stanford dan kolaboratornya itu Jurnal Astrofisika Pada tanggal 23 Oktober 2023.

Referensi: “Tangan polarisasi kosmik: Pengamatan IXPE terhadap PSR B1509−58/MSH 15−52” oleh 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. Garcia, 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 dan Sylvia Zane, 23 Oktober 2023, Jurnal Astrofisika.
doi: 10.3847/1538-4357/acfa02

IXPE merupakan hasil kolaborasi antara NASA dan Badan Antariksa Italia dengan mitra ilmiah dan kolaborator di 12 negara. IXPE dipimpin oleh Pusat Penerbangan Luar Angkasa Marshall NASA di Huntsville, Alabama. Ball Aerospace, yang berbasis di Broomfield, Colorado, mengelola operasi pesawat ruang angkasa bekerja sama dengan Laboratorium Fisika Atmosfer dan Luar Angkasa Universitas Colorado di Boulder.

Pusat Penerbangan Luar Angkasa Marshall NASA mengelola program Chandra. Pusat Sinar-X Chandra Smithsonian Astrophysical Observatory mengendalikan operasi sains dari Cambridge, Massachusetts, dan operasi penerbangan dari Burlington, Massachusetts.