Nel 1895, Wilhelm Röntgen scoprì i raggi X e li usò per visualizzare le ossa nella mano di sua moglie, dando il via a uno strumento diagnostico rivoluzionario per la medicina. Ora due telescopi spaziali a raggi X della NASA hanno unito le loro potenzialità di imaging per svelare le “ossa” del campo magnetico di una straordinaria struttura a forma di mano nello spazio. Insieme, questi telescopi rivelano il comportamento di una stella morta e collassata che continua a vivere attraverso pennacchi di particelle di materia e antimateria energizzate.
Circa 1.500 anni fa, una stella gigante della nostra Galassia rimase senza combustibile nucleare da bruciare. Quando ciò accadde, la stella collassò su se stessa e formò un oggetto estremamente denso chiamato stella di neutroni. Le stelle di neutroni rotanti con forti campi magnetici, o pulsar, forniscono laboratori per la fisica estrema, con condizioni che non possono essere replicate sulla Terra. Le giovani pulsar possono creare getti di materia e antimateria che si allontanano dai poli della pulsar, insieme a un vento intenso, formando una “nebulosa del vento pulsar”.
Ora, il più recente telescopio a raggi X della NASA, l’Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE), ha osservato MSH 15-52 per circa 17 giorni, il periodo più lungo in cui ha osservato un singolo oggetto da quando è stato lanciato nel dicembre 2021. “I dati IXPE ci forniscono la prima mappa del campo magnetico nella ‘mano'”, ha affermato Roger Romani della Stanford University in California, che ha condotto lo studio. “Le particelle cariche che producono i raggi X viaggiano lungo il campo magnetico, determinando la forma base della nebulosa, come fanno le ossa nella mano di una persona.”
IXPE fornisce informazioni sull’orientamento del campo elettrico dei raggi X, determinato dal campo magnetico della sorgente di raggi X. Questa è chiamata polarizzazione dei raggi X. Nelle grandi regioni di MSH 15-52 la quantità di polarizzazione è notevolmente elevata, raggiungendo il livello massimo atteso dal lavoro teorico. Per raggiungere tale intensità, il campo magnetico deve essere molto diritto e uniforme, il che significa che c’è poca turbolenza in quelle regioni della nebulosa del vento della pulsar.
“Conosciamo tutti i raggi X come strumento medico diagnostico per gli esseri umani”, ha affermato la coautrice Josephine Wong, anch’essa di Stanford.“Qui usiamo i raggi X in modo diverso, ma ancora una volta rivelano informazioni che altrimenti ci sarebbero nascoste.” Una caratteristica particolarmente interessante di MSH 15-52 è un brillante getto di raggi X diretto dalla pulsar al “polso” nella parte inferiore dell’immagine. I nuovi dati IXPE rivelano che la polarizzazione all’inizio del getto è bassa, probabilmente perché si tratta di una regione turbolenta con campi magnetici complessi e intricati associati alla generazione di particelle ad alta energia. Alla fine del getto le linee del campo magnetico sembrano raddrizzarsi e diventare molto più uniformi, facendo sì che la polarizzazione diventi molto più ampia.
Questi risultati implicano che alle particelle viene data una spinta energetica in complesse regioni turbolente vicino alla pulsar alla base del palmo e fluiscono verso aree in cui il campo magnetico è uniforme lungo il polso, le dita e il pollice.
“Abbiamo scoperto la storia della vita della materia super energetica e delle particelle di antimateria attorno alla pulsar”, ha detto il coautore Niccolò Di Lalla, anche lui di Stanford. “Questo ci insegna come le pulsar possano agire come acceleratori di particelle”. IXPE ha rilevato campi magnetici simili anche per le nebulose del vento delle pulsar Vela e Crab, il che implica che potrebbero essere sorprendentemente comuni in questi oggetti. Questi risultati sono pubblicati in un nuovo articolo su The Astrophysical Journal. IXPE è una collaborazione tra la NASA e l’Agenzia Spaziale Italiana con partner e collaboratori scientifici in 12 paesi. IXPE è guidato da Marshall. Ball Aerospace, con sede a Broomfield, Colorado, gestisce le operazioni dei veicoli spaziali insieme al Laboratorio di fisica atmosferica e spaziale dell’Università del Colorado a Boulder. Il Marshall Space Flight Center della NASA gestisce il programma Chandra. Il Chandra X-ray Center dello Smithsonian Astrophysical Observatory controlla le operazioni scientifiche da Cambridge, Massachusetts, e le operazioni di volo da Burlington, Massachusetts.
Maggiori informazioni dall’Osservatorio a raggi X Chandra della NASA.
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