Vůbec poprvé se astronomům podařilo změřit a zmapovat polarizované rentgenové záření z pozůstatku vybuchlé hvězdy. Použili k tomu kosmický teleskop IXPE (Imaging X-ray Polarimetry Explorer), který byl vypuštěn 9. prosince 2021. Jedná se o společný projekt NASA a italské kosmické agentury, který se jako první teleskop v historii zaměřuje na měření polarizace rentgenového záření s takto vysokou úrovní citlivosti a ostrosti. Poznatky, které vzešly z pozorování pozůstatku hvězdy označovaného jako Cassiopeia A, vrhají nové světlo na podstatu fungování mladých pozůstatků supernov, které urychlují částice na rychlosti blízké rychlosti světla.

Všechny formy elektromagnetického záření – od rádiových vln až po gamma záření – mohou být polarizované. Z běžného života můžeme znát třeba polarizovaná skla slunečních brýlí, která pomáhají omezovat odlesky světla od mokré silnice. IXPE funguje podobně, ale nezaměřuje se na viditelné světlo, ale jeho detektory mapují stopy přicházejícího rentgenového záření. Vědci mohou využít záznamy těchto jednotlivých stop k tomu, aby určili polarizaci. Na základě toho je možné ze záření vyčíst příběh, čím paprsky procházely.

Složený snímek pozůstatku supernovy Cas A. Modrá barvap ředstavuje data z teleskopu Chandra. Tyrkysovou modř mají data z IXPE a zlatě jsou zvýrazněna data z Hubbleova teleskopu.
Zdroj: https://www.nasa.gov/

Cassiopeia A (zkráceně Cas A) byla prvním objektem, který IXPE pozoroval po zahájení fáze sběru dat. Jedním z důvodů, proč byl vybrán právě tento objekt, se týká jeho rázových vln. Tato obdoba sonického třesku, který známe od tryskových letadel, totiž u tohoto objektu patří k nejrychlejším v naší Mléčné dráze. Rázové vlny byly vyvolány explozí supernovy, které zničila masivní hvězdu poté, co došlo k jejímu zhroucení. Světlo z této exploze se kolem Země prohnalo před více než třemi stovkami let. „Bez IXPE by nám chyběly klíčové informace o objektech, jako je Cas A,“ říká Pat Slane z astrofyzikálního střediska Harvard & Smithsonian, který vedl pozorování pozůstatku supernovy pomocí IXPE a dodává: „Výsledky nám ukázaly nejzákladnější aspekty trosek z vybuchlé hvězdy, tedy chování jejich magnetických polí.“

Detailní popis systémů teleskopu IXPE
Zdroj: https://www.spacefoundation.org

Magnetická pole jsou neviditelná, ale dokáží pohybovat nabitými částicemi jako jsou protony a elektrony. V běžných podmínkách známe magnety, díky kterým si můžeme na lednici přilepit vzkazy – i ty fungují na principu těchto polí. V extrémních podmínkách, které nastávají třeba v explodující hvězdě, mohou magnetická pole urychlit tyto částice na rychlosti blízké rychlosti světla. Navzdory své rychlosti se tyto částice vyvržené rázovými vlnami nevydaly na cestu pryč od pozůstatku supernovy. Byly totiž zachyceny magnetickým polem těchto rázových vln. Částice byly místo toho donuceny obíhat po siločárách magnetického pole, přičemž elektrony vyzařovaly intenzivní záření. Říká se mu synchrotronové záření a je polarizované.

Konstrukce teleskopu IXPE
Zdroj: https://www.spacefoundation.org

Studium polarizace tohoto záření umožňuje vědcům se zpětně dopracovat k tomu, co se děje uvnitř Cas A i ve velmi malém měřítku. Experti tak mohou studovat celou problematiku v detailech, které jsou jinými metodami nepozorovatelné. Úhel polarizace nám prozradí směr těchto magnetických polí. Pokud je pole blízko čela rázové vlny, bývá velmi spletité. Jde o chaotickou směs záření z oblastí s různými směry magnetických polí, což ve výsledku způsobí menší úroveň polarizace. Předešlá pozorování Cas A s pomocí radioteleskopů ukázala, že jejich rádiové synchrotronové záření vydávají oblasti po téměř celém povrchu pozůstatku supernovy. Astronomové zjistili, že jen malé množství (jen okolo 5 %) těchto rádiových vln bylo polarizováno. Určili také, že magnetické pole je orientováno radiálně – jako loukotě na kole. Šíří se ze středu pozůstatku do vnějších oblastí.

Rentgenová observatoř Chandra
Zdroj: https://astrobiology.nasa.gov/

Data z amerického rentgenového teleskopu Chandra na druhou stranu ukázala, že rentgenové synchrotronové záření vychází primárně z oblastí podél rázových vln blízko kruhového vnějšího lemu pozůstatku supernovy. Tam se podle předpovědí magnetické pole zarovnávalo s rázovou vlnou. Chandra a IXPE používají odlišné detektory a liší se i úrovní úhlového rozlišení – lidově řečeno ostrostí. Mimochodem i Chandra vypuštěná v roce 1999, se na začátku svého vědeckého provozu podívala na Cas A. Než přišel IXPE, vědci odhadovali, že polarizace rentgenového záření by byla vytvářena magnetickými poli, která jsou kolmá k magnetickým polím pozorovaným radioteleskopy.

Teleskop IXPE
Zdroj: http://spaceflightnow.com/

Namísto toho však skutečná data z IXPE ukázala, že magnetická pole se v rentgenové části spíš srovnávají s radiálním směrem a to i velmi blízko čelu rázové vlny. Rentgenové paprsky také odhalily nižší úroveň polarizace, než ukazovala rádiová pozorování. To by naznačovalo, že rentgenové záření vyšlo z turbulentních oblastí, kde je mix mnoha směrů magnetických polí. „Výsledky z IXPE nejsou takové, jaké jsme očekávali. Ale vědci bývají rádi překvapováni,“ uvedl Jacco Vink z Amsterdamské univerzity, který je hlavním autorem vědeckého článku popisujícího výsledky pozorování Cas A teleskopem IXPE a dodává: „Skutečnost, že je polarizováno menší procento rentgenového záření, je velmi zajímavá – a dříve nepoznaná – vlastnost Cas A.“

Čáry překrývající složený snímek Cas A, jsou výsledky měření teleskopu IXPE. Jedná se o směry magnetických polí po celém povrchu pozůstatku supernovy. Zeleně jsou vyznačeny oblasti, kde byla měření nejsignifikantnější. Data ukazují, že magnetická pole blízko okrajů Cas A jsou převážně orientována radiálně. IXPE také ukázal, že magnetická pole nad malými obalstmi jsou silně propletená bez dominantě preferovaného směru.
Zdroj: https://www.nasa.gov/

Výsledek pzorování Cas A teleskopem IXPE vzbuzují u vědců chuť k dalším pozorováním pozůstatků supernov, která v současné době probíhají. Experti očekávají, že každý nový pozorovaný objekt přinese nové odpovědi (a položí ještě více otázek) o těchto důležitých objektech, které zásobují vesmír kriticky důležitými prvky. „Tato studie v sobě obsahuje všechny novinky, které IXPE přináší do astrofyziky,“ říká Riccardo Ferrazzoli z Národního institutu pro astrofyziku / Institutu pro astrofyziku a planetologii v Římě a dodává: „Nejenže jsme vůbec poprvé získali informace o vlastnostech polarizace rentgenového záření z těchto zdrojů, ale také jsme se dozvěděli, jak se tyto parametry mění v různých oblastech supernovy. Jakožto první cíl pozorovací kampaně IXPE poskytl Cas A astrofyzikální „laboratoř“ k ozkoušení všech nových analytických nástrojů, které tým vyvinul v uplynulých letech. Tyto výsledky poskytují jedinečný pohled na prostředí, které je nezbytné k urychlení elektronů na neuvěřitelně vysoké energie,“ říká Dmitrij Prochorov, spoluautor studie, z Amsterdamské univerzity a dodává: „Jsme teprve na začátku tohoto detektivního příběhu, ale zatím nám data z IXPE poskytují nové stopy, které můžeme analyzovat.“

Přeloženo z:
https://www.nasa.gov/

Zdroje obrázků:
https://space.skyrocket.de/img_sat/ixpe__3.jpg
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/casa_streams_lg.jpeg
https://www.spacefoundation.org/…0XRay%20Polarimeter%20Explorer%20IXPE%20Mission.pdf
https://astrobiology.nasa.gov/…620%2C254_subsampling-2.jpg
http://spaceflightnow.com/wp-content/uploads/2015/08/ixpe.png
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/casa_streams_illus.jpeg