Пульсар PSR J1101−6101 обертається 16 разів за секунду і виприскує потоки частинок майже на швидкості світла. Він розташований у туманності, яку астрономи прозвали «Маяком» — за характерні тонкі рентгенівські структури, що тягнуться від нейтронної зорі. Ці структури довго залишалися загадкою: теорія про них існувала з 2008 року, але прямих вимірювань не було. Тепер команда під керівництвом Джека Дінсмора зі Стенфордського університету отримала перше пряме підтвердження за допомогою космічного телескопа IXPE.
Дослідження, опубліковане в Astrophysical Journal, дало не лише підтвердження старої гіпотези, а й нові дані, які не вписуються в наявні моделі. Результат показує: навіть добре вивчені об'єкти на кшталт пульсарних туманностей можуть приховувати структуру, складнішу за очікування.
Як частинки прориваються крізь ударну хвилю
Нейтронна зоря в центрі туманності — це залишок ядра масивної зорі, важчої за Сонце, стиснутий до розмірів звичайного міста. Потужне магнітне поле розганяє заряджені частинки майже до швидкості світла.
Коли ці частинки стикаються з розрідженим міжзоряним газом, утворюється ударна хвиля — подібно до хвилі перед носом швидкого човна. Більшість частинок застрягає позаду цієї хвилі, формуючи турбулентний «слід» за пульсаром.
Але, за припущенням 2008 року, найенергійніші частинки здатні прорватися крізь ударну хвилю і потекти вздовж магнітних ліній Галактики, утворюючи довгу тонку структуру — «філамент». Саме цю гіпотезу і треба було перевірити прямим вимірюванням.
«Смертельним доказом» мало стати вимірювання поляризації світла, яка вказує напрямок магнітного поля. Якщо поле спрямоване вздовж філамента, це підтверджує: частинки в ньому рухаються саме вздовж силових ліній.
Що виміряв IXPE
Туманність «Маяк» доволі тьмяна, тому виміряти її поляризацію було непросто. Команда IXPE розробила нові методи аналізу, які використовують кожен біт даних, не спрощуючи обробку і не втрачаючи інформацію.
У червні 2025 року телескоп спостерігав туманність майже 18 днів. Завдяки новим методам вдалося отримати поляризацію не лише філамента, а й сліду та випромінювання самого пульсара.
Результат: з упевненістю понад 99% підтверджено, що магнітне поле в філаменті справді спрямоване вздовж потоку частинок. Це прямий доказ гіпотези, яку висували ще 17 років тому.
Слабша турбулентність і розбіжність з радіодіапазоном
Хоча напрямок поля підтвердив теоретичні моделі руху частинок, ступінь поляризації виявився вищим, ніж передбачали розрахунки. А висока поляризація означає слабшу магнітну турбулентність, ніж закладено в моделях.
Багато моделей філаментів припускають сильну магнітну турбулентність. Високий ступінь поляризації, який ми виміряли, вказує на нижчу турбулентність, ніж вимагають такі моделі.Роджер Романі, професор Стенфордського університету, співавтор дослідження
Ще один несподіваний результат стосується порівняння з радіоспостереженнями. Дані IXPE показали, що магнітне поле, відповідальне за рентгенівське випромінювання, паралельне до сліду. Проте радіодані, зібрані окремо, показали поле, спрямоване практично перпендикулярно до цього.
За словами Нікколо Буччантіні з Італійського національного інституту астрофізики, співавтора дослідження, ця розбіжність — перша чітка ознака того, що частинки різних енергій займають окремі ділянки системи. Це натякає на існування кількох, можливо, дуже різних механізмів прискорення частинок у одній і тій самій туманності.
Місія IXPE — спільний проєкт NASA та Італійського космічного агентства за участю партнерів із 12 країн. Керує місією Центр космічних польотів NASA імені Маршалла. Результати спостережень «Маяка» додають ще один приклад того, як поляриметрія в рентгенівському діапазоні відкриває структуру екстремальних об'єктів, недоступну іншим методам спостереження.
