Чандра и Хаббл настраиваются на «огнеметающую» туманность Гитара

Очертания гитары на рентгеновском и оптическом изображении. Автор: Рентгеновский снимок: НАСА/CXC/Стэнфордский университет / М. де Фриз и др.; Оптический: (Хаббл) НАСА/ЕКА/STScI и (Паломар) Телескоп Хейла/Паломар/Калифорнийский технологический институт; Иллюстрированный план: NASA/CXC/K. ДиВона; Обработка изображений: NASA/CXC/SAO/L. Фраттаре

«Огнеметная гитара», которую обычно можно увидеть только в хеви-метал-группах или некоторых постапокалиптических фильмах, теперь была замечена летящей в космосе. Астрономы сняли на видео этот экстремальный космический объект с помощью рентгеновской обсерватории НАСА «Чандра» и космического телескопа «Хаббл».

Новый фильм Чандры (красный) и Паломара (синий) Дейта помогает разобраться в том, что происходит в Гитарной туманности. Рентгеновские снимки, сделанные «Чандрой», показывают нить из частиц энергетического вещества и антивещества длиной около двух световых лет или 12 триллионов миль, вылетающую из пульсара (видна как яркая белая точка, соединенная с нитью).

Астрономы прозвали структуру, связанную с пульсаром PSR B2224+65, «Гитарной туманностью» из-за ее явного сходства с инструментом в сиянии водородного света. Форма гитары образована пузырьками, раздуваемыми частицами, выбрасываемыми пульсаром при постоянном ветре. Поскольку пульсар движется из правого нижнего угла в левый верхний, большинство пузырьков образовалось в прошлом, когда пульсар перемещался в среде с различной плотностью.

На вершине гитары находится пульсар, быстро вращающаяся нейтронная звезда, оставшаяся после коллапса массивной звезды. Во время своего полета в космосе она испускает поток частиц и рентгеновского излучения, которые астрономы зафиксировали с помощью телескопа «Чандра».

Как космос может создавать что-то настолько странное? Сочетание двух крайностей — быстрого вращения и мощных магнитных полей пульсаров — приводит к ускорению частиц и высокоэнергетическому излучению, которое создает частицы материи и антивещества в виде электронных и позитронных пар. В этой ситуации обычный процесс преобразования массы в энергию, который, как известно, определяется уравнением Альберта Эйнштейна E = ^mc2, меняется на противоположный. Здесь энергия преобразуется в массу для образования частиц.

Частицы, вращающиеся по спирали вдоль силовых линий магнитного поля вокруг пульсара, создают рентгеновское излучение, которое обнаруживает «Чандра». Когда пульсар и окружающая его туманность из энергичных частиц пролетали в космосе, они столкнулись с более плотными областями газа.

Это позволяет наиболее энергичным частицам вырваться за пределы туманности Гитара и пролететь справа от пульсара, создавая поток рентгеновских лучей. Когда эти частицы вырываются наружу, они вращаются по спирали и движутся вдоль силовых линий магнитного поля в межзвездной среде, то есть в пространстве между звездами.

В новом ролике пульсар и нить накала, летящие в левом верхнем углу изображения, показаны по данным телескопа «Чандра», полученным в 2000, 2006, 2012 и 2021 годах. В каждом кадре фильма присутствует одно и то же оптическое изображение, поэтому в нем не видно изменений в частях «гитары». Отдельный видеоролик, полученный на основе данных космического телескопа НАСА «Хаббл» (полученных в 1994, 2001, 2006 и 2021 годах), показывает движение пульсара и более мелких структур вокруг него.

Изучение этих данных привело к выводу, что изменения, которые приводят к образованию пузырьков в водородной туманности, которая образует контур гитары, также влияют на то, сколько частиц улетает вправо от пульсара, вызывая незначительное осветление и затухание рентгеновской нити, подобно космическому удару факел, вылетающий из кончика гитары.

Структура нити накала дает астрономам представление о том, как электроны и позитроны перемещаются в межзвездной среде. Это также является примером того, как этот процесс приводит к инжекции электронов и позитронов в межзвездную среду.

Статья, описывающая эти результаты, была опубликована в 2022 году в журнале Astrophysical Journal.

Источник: Chandra X-ray Center