I telescopi a raggi X della NASA rivelano le 'ossa' di una spettrale mano cosmica.

30 ottobre 2023

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a cura di Beth Ridgeway, NASA

Nel 1895, Wilhelm Röntgen scoprì i raggi X e li utilizzò per ottenere immagini delle ossa della mano di sua moglie, dando così il via a uno strumento diagnostico rivoluzionario per la medicina. Ora due telescopi spaziali a raggi X della NASA hanno unito le loro capacità di imaging per svelare i "ossa" del campo magnetico di una straordinaria struttura a forma di mano nello spazio. Insieme, questi telescopi rivelano il comportamento di una stella collassata morta che continua a vivere attraverso coltri di particelle di materia e antimateria energetizzate. 

Circa 1500 anni fa, una gigantesca stella nella nostra galassia terminò il suo carburante 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 pulsar giovani possono creare getti di materia e antimateria che si muovono lontano dai poli della pulsar, insieme a un vento intenso, formando una "nebulosa del vento di pulsar".

Nel 2001, l'Osservatorio a raggi X Chandra della NASA osservò per la prima volta la pulsar PSR B1509-58 e rivelò che la sua nebulosa del vento di pulsar (chiamata MSH 15-52) assomiglia a una mano umana. La pulsar si trova alla base del "palmo" della nebulosa. MSH 15-52 si trova a 16.000 anni luce dalla Terra.

Adesso, il più recente telescopio a raggi X della NASA, l'Esploratore di Polarimetria a raggi X nell'imaging (IXPE), ha osservato MSH 15-52 per circa 17 giorni, il periodo più lungo in cui è stato osservato un singolo oggetto dal suo lancio nel dicembre 2021.

"I dati IXPE ci offrono la prima mappa del campo magnetico nella 'mano'", ha detto Roger Romani dell'Università di Stanford in California, che ha condotto lo studio. "Le particelle cariche che producono i raggi X si muovono lungo il campo magnetico, determinando la forma di base della nebulosa, come le ossa fanno 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. Questo fenomeno è chiamato polarizzazione dei raggi X. Nelle grandi regioni di MSH 15-52. la quantità di polarizzazione è notevolmente alta, raggiungendo il livello massimo previsto dai calcoli teorici. Per ottenere tale intensità, il campo magnetico deve essere molto diritto e uniforme, il che significa che ci è poco turbolenza in quelle regioni della nebulosa del vento di pulsar.

"Siamo tutti familiari con i raggi X come strumento medico diagnostico per gli esseri umani", ha detto la co-autrice Josephine Wong, anch'essa di Stanford. "Qui stiamo utilizzando i raggi X in un modo diverso, ma stanno ancora rivelando 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 questa è una regione turbolenta con complessi e intrecciati campi magnetici associati alla generazione di particelle ad alta energia. Alla fine del getto, le linee di campo magnetico sembrano raddrizzarsi e diventare molto più uniformi, causando un aumento della polarizzazione.

Questi risultati implicano che le particelle ottengono una spinta di energia in regioni turbolente complesse 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 di vita delle particelle superenergetiche e delle particelle di antimateria intorno alla pulsar", ha detto il co-autore Niccolò Di Lalla, anch'egli di Stanford. "Questo ci insegna come le pulsar possono fungere da acceleratori di particelle."

IXPE ha anche rilevato campi magnetici simili per le nebulose del vento di pulsar Vela e Crab, il che implica che potrebbero essere sorprendentemente comuni in questi oggetti.

Questi risultati sono pubblicati in un nuovo articolo nel The Astrophysical Journal.

Informazioni sulla rivista: Astrophysical Journal

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