NASA 的錢德拉和IXPE 望遠鏡揭開了”手”形脈衝星風星雲MSH 15-52 的磁性”骨骼”，為X 射線偏振和磁場動力學提供了突破性的見解。錢德拉和IXPE 資料被用來研究被稱為MSH 15-52 的脈衝星風星雲。脈衝星風星雲是從死亡的坍縮恆星上吹走的高能量粒子雲。MSH 15-52 以其類似人手的形狀而聞名。

透過結合錢德拉和IXPE 的數據，天文學家們正在進一步了解脈衝星是如何向太空注入粒子並塑造其環境的。圖中顯示的是X 光數據和來自智利暗能量相機的紅外線數據。年輕的脈衝星會產生物質和反物質噴流，從脈衝星的兩極向外移動，同時產生強烈的風，形成”脈衝星風星雲”。這顆被稱為MSH 15-52的脈衝星形狀酷似人類的手掌，讓人們了解這些天體是如何形成的。資料來源：X射線： NASA/CXC/史丹佛大學/R. Romani et al. (Chandra); NASA/MSFC (IXPE); Infrared： NASA/JPL-Caltech/DECaPS；影像處理： NASA/CXC/SAO/J . Schmidt

IXPE 對它進行了大約17 天的觀測，這是該任務中對單一天體觀測時間最長的一次。

具有強磁場的旋轉中子星或脈衝星是極端物理學的實驗室，提供了地球上無法複製的高能量條件。年輕的脈衝星會產生物質和反物質噴流，這些噴流從脈衝星的兩極噴出，並伴隨著強烈的風，形成”脈衝星風星雲”。

發現”太空之手”

2001年，NASA的錢德拉X射線天文台首次觀測到脈衝星PSR B1509-58，發現它的脈衝星風星雲（被稱為MSH 15-52）酷似一隻人手。脈衝星位於星雲”手掌”的底部。現在，錢德拉的MSH 15-52數據與NASA最新的X射線望遠鏡–成像X射線極坐標探測器（IXPE）的數據相結合，揭開了這一非凡結構的磁場”骨骼”。IXPE 盯著MSH 15-52 長達17 天，這是它自2021 年12 月發射以來觀察單一天體時間最長的一次。

這是錢德拉X 射線觀測所看到的MSH 15-52。它不包括IXPE的X射線和紅外線觀測數據，這些數據包含在文章頂部的合成影像中。來源：X射線： NASA/CXC/Stanford Univ./R. Romani et al. Romani et al. (Chandra); Image Processing： NASA/CXC/SAO/J. Schmidt

解讀合成影像

在新的合成影像中，錢德拉數據顯示為橙色（低能量X 射線）、綠色和藍色（高能量X 射線），而瀰漫的紫色則代表IXPE 觀測數據。脈衝星位於手掌底部的明亮區域，手指伸向周圍形成脈衝星的超新星遺跡中的低能量X 射線雲。此影像還包括暗能量相機平面巡天（DECaPS2）第二次發布的紅外線資料（紅色和藍色）。

威廉-倫琴為妻子安娜-貝莎-路德維希（Anna Bertha Ludwig）的手拍攝的第一張醫學X 光片。資料來源：威廉-倫琴

IXPE 資料首次提供了”手”的磁場圖。它揭示了由X 射線源磁場決定的X 射線電場方向的資訊。這就是所謂的”X 射線極化”。

另一張X 光影像（下圖）顯示了MSH 15-52 的磁場圖。在該影像中，短直線代表IXPE 偏振測量，映射出當地磁場的方向。橙色”條”代表最精確的測量結果，青色和藍色”條”代表不太精確的測量結果。複雜的磁場線沿著手的”手腕”、”手掌”和”手指”分佈，可能有助於確定手指狀的延伸結構。

MSH 15-52 的磁場圖。線代表IXPE 極化測量結果，映射出當地磁場的方向。長條圖的長度表示極化的程度。資料來源：X 光： NASA/CXC/Stanford Univ./R. Romani et al. Romani et al. (Chandra); NASA/MSFC (IXPE); Infared： NASA/JPL-Caltech/DECaPS；影像處理： NASA/ CXC/SAO/J. Schmidt

用長條長度表示的極化量非常高，達到了理論工作所預期的最高水準。要達到這種強度，磁場必須非常平直且均勻，這意味著脈衝星風星雲的這些區域幾乎沒有湍流。

MSH 15-52 的一個特別有趣的特徵是從脈衝星向影像底部的”手腕”噴射出明亮的X 射線。新的IXPE 數據顯示，噴流開始時的極化很低，這可能是因為這是一個湍流區域，磁場複雜而糾結，與高能粒子的產生有關。到了噴流的末端，磁場線似乎變直了，變得更加均勻，導致極化變得更大。

史丹佛大學的羅傑-羅曼尼（Roger Romani）及其合作者撰寫的描述這些結果的論文發表在2023年10月23日的《天文物理學雜誌》（The Astrophysical Journal）上。