IXPE-Teleskop entwirrt Theorien rund um historische Supernova-Überreste

Das IXPE-Teleskop (Imaging X-ray Polarimetry Explorer) der NASA hat die ersten polarisierten Röntgenbilder des Supernova-Überrests SN 1006 aufgenommen. Die neuen Ergebnisse erweitern das Verständnis der Wissenschaftler über den Zusammenhang zwischen Magnetfeldern und dem Fluss hochenergetischer Teilchen bei der Explosion Sterne.

„Magnetfelder sind extrem schwer zu messen, aber IXPE bietet uns eine effiziente Möglichkeit, sie zu untersuchen“, sagte Dr. Ping Zhou, Astrophysiker an der Nanjing-Universität in Jiangsu, China, und Hauptautor einer neuen Arbeit zu den Ergebnissen. veröffentlicht In Das Astrophysikalische Journal. „Jetzt können wir sehen, dass die Magnetfelder von SN 1006 turbulent sind, aber auch eine organisierte Richtung aufweisen.“

SN 1006 befindet sich etwa 6.500 Lichtjahre von der Erde entfernt im Sternbild Lupus und ist alles, was nach einer Titanenexplosion übrig geblieben ist, die entweder bei der Verschmelzung zweier Weißer Zwerge oder als ein Weißer Zwerg zu viel Masse von einem Begleitstern abzog. Sein Licht wurde erstmals im Frühjahr 1006 n. Chr. von Beobachtern in China, Japan, Europa und der arabischen Welt entdeckt und war mindestens drei Jahre lang mit bloßem Auge sichtbar. Moderne Astronomen betrachten es immer noch als das hellste Sternereignis in der aufgezeichneten Geschichte.

Seit Beginn der modernen Beobachtung haben Forscher die seltsame Doppelstruktur des Überrestes identifiziert, die sich deutlich von anderen rundlichen Supernova-Überresten unterscheidet. Es hat auch helle „Glieder“ oder Kanten, die im Röntgen- und Gammastrahlenband erkennbar sind.

„Nahe, röntgenhelle Supernova-Überreste wie SN 1006 eignen sich ideal für IXPE-Messungen, da IXPE die Röntgenpolarisationsempfindlichkeit mit der Fähigkeit kombiniert, die Emissionsbereiche räumlich aufzulösen“, sagte Douglas Swartz, ein Universitätsforscher Forscher der Research Association am Marshall Space Flight Center der NASA in Huntsville, Alabama. „Diese integrierte Fähigkeit ist für die Lokalisierung von Beschleunigungsstellen der kosmischen Strahlung von entscheidender Bedeutung.“

Frühere Röntgenbeobachtungen von SN 1006 lieferten den ersten Beweis dafür, dass Supernova-Überreste Elektronen radikal beschleunigen können, und trugen dazu bei, schnell expandierende Nebel um explodierte Sterne als Geburtsort hochenergetischer kosmischer Strahlung zu identifizieren, die sich nahezu mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten kann.

Wissenschaftler vermuteten, dass die einzigartige Struktur von SN 1006 mit der Ausrichtung seines Magnetfelds zusammenhängt, und stellten die Theorie auf, dass Supernova-Druckwellen im Nordosten und Südwesten sich in die Richtung bewegen, die mit dem Magnetfeld übereinstimmt, und hochenergetische Teilchen effizienter beschleunigen.

Die neuen Erkenntnisse von IXPE haben dazu beigetragen, diese Theorien zu validieren und zu klären, sagte Dr. Yi-Jung Yang, ein Hochenergie-Astrophysiker an der Universität Hongkong und Mitautor des Papiers.

„Die aus unserer spektralpolarimetrischen Analyse erhaltenen Polarisationseigenschaften stimmen bemerkenswert gut mit Ergebnissen anderer Methoden und Röntgenobservatorien überein und unterstreichen die Zuverlässigkeit und starke Leistungsfähigkeit von IXPE. Zum ersten Mal können wir die Magnetfeldstrukturen von Supernova-Überresten bei höheren Energien kartieren.“ mit verbesserter Detailgenauigkeit und Genauigkeit – was es uns ermöglicht, die Prozesse, die die Beschleunigung dieser Teilchen antreiben, besser zu verstehen“, sagte Yang.

Forscher sagen, dass die Ergebnisse einen Zusammenhang zwischen den Magnetfeldern und dem Ausfluss hochenergetischer Partikel aus dem Überrest belegen. Die Magnetfelder in der Hülle von SN 1006 sind den Erkenntnissen von IXPE zufolge etwas unorganisiert, haben aber immer noch eine bevorzugte Ausrichtung. Während die Stoßwelle der ursprünglichen Explosion das umgebende Gas durchdringt, richten sich die Magnetfelder an der Bewegung der Stoßwelle aus. Geladene Teilchen werden von den Magnetfeldern rund um den Ursprungspunkt der Explosion eingefangen, wo sie schnell Beschleunigungsschübe erfahren. Diese beschleunigten hochenergetischen Teilchen wiederum übertragen Energie, um die Magnetfelder stark und turbulent zu halten.

IXPE hat seit dem Start im Dezember 2021 drei Supernova-Überreste – Cassiopeia A, Tycho und jetzt SN 1006 – beobachtet und Wissenschaftlern dabei geholfen, ein umfassenderes Verständnis des Ursprungs und der Prozesse der diese Phänomene umgebenden Magnetfelder zu entwickeln.

Wissenschaftler waren überrascht, als sie herausfanden, dass SN 1006 stärker polarisiert ist als die anderen beiden Supernova-Überreste, alle drei jedoch Magnetfelder aufweisen, die so ausgerichtet sind, dass sie vom Zentrum der Explosion nach außen zeigen. Während Forscher weiterhin IXPE-Daten untersuchen, richten sie ihr Verständnis darüber, wie Teilchen in extremen Objekten wie diesen beschleunigt werden, neu aus.