Supernova Tycho este un accelerator de particule cosmic gigantic

Astronomii au cartografiat câmpul magnetic aproape de locul unde se formează razele cosmice în supernova Tycho, dezvăluind un „dans delicat între ordine și haos”.

Pitica albă care a condus la supernova istorică Tycho a murit într-o explozie violentă, dar moștenirea sa seamănă cu o minge de bumbac roz și pufos.

Cea mai recentă imagine publicată prezintă rămășița supernovei Tycho sub forma unui nor roz neon mărginit de o linie roșie subțire. Într-o nouă cercetare, astronomii au cartografiat geometria câmpurilor magnetice din apropierea undei de șoc în detaliu fără precedent, unde se spune că particulele încărcate sunt accelerate la viteze apropiate de cea a luminii înainte de a fi difuzate sub formă de raze cosmice care în cele din urmă ajung pe Pământ.

Ce informații ne oferă supernova Tycho?

Prima dovadă directă a acestui proces a apărut în 2011, când Observatorul Chandra X-Ray a capturat un model de dungi de raze X în marginea exterioară a lui Tycho. La acea vreme, astronomii spuneau că dungile sunt puncte în care câmpurile magnetice sunt încurcate, prinzând astfel electroni care apoi se spiralează în câmpuri la energii mai mari și emit raze X.

Așadar, în timp ce astronomii știu de mult timp că rămășițele unei supernove accelerează rapid particulele încărcate până la energii extrem de mari, detaliile despre modul exact în care sunt accelerate acestea au fost puțin înțelese.

Acum, cercetătorii au studiat câțiva electroni foarte excitați aproape de locul în care aceștia sunt accelerați la viteze asemănătoare celei a luminii în supernova Tycho, a cărei explozie a eliberat tot atâta energie cât ar emite Soarele în 10 miliarde de ani.

Cercetătorii spun că cele mai recente descoperiri îi aduc cu un pas mai aproape de a afla cum devin rămășițele de supernove precum Tycho acceleratori giganți de particule cosmice.

„Un dans delicat între ordine și haos”

Procesul „implica un dans delicat între ordine și haos”, a declarat Patrick Slane, astrofizician principal la Centrul Harvard-Smithsonian pentru Astrofizică și coautor al celui mai recent studiu.

Echipa lui Slane a folosit date de la observatorul spațial Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE) al NASA. Cele trei telescoape cu raze X identice de la bordul IXPE au studiat Tycho de două ori în 2022: de la sfârșitul lunii iunie până la începutul lunii iulie și din 21 până în 25 decembrie, scrie Space.com.

Din datele colectate, echipa a reușit să studieze razele X produse de electronii de înaltă energie aproape de marginea lui Tycho, în timp ce treceau prin câmpuri magnetice. Cercetătorii explică că marginea roșie, locul în care Tycho accelerează particulele la viteze apropiate de cea a luminii, este foarte subțire, deoarece electronii care radiază raze X își pierd energia foarte repede. Deci, în momentul în care se deplasează la orice distanță vizibilă de această margine, „au pierdut atât de multă energie încât nu mai produc raze X”, a explicat Slane.

Ce date a furnizat IXPE despre supernova Tycho?

Înainte de a veni datele IXPE, Slane și echipa sa nu erau siguri de ceea ce vor găsi, a adăugat el. Pentru a cartografia în cele din urmă geometria câmpului magnetic, echipa a căutat semnale care să arate cât de polarizată este radiația de la razele X.

Dar astfel de semnale sunt sensibile la cât de încurcate sunt câmpurile magnetice: când turbulența în aceste câmpuri este mare, radiația este mai puțin direcțională și mai puțin intensă, ceea ce înseamnă că IXPE nu poate detecta semnalele de polarizare la fel de bine. Simulările echipei au arătat anterior că semnalele pe care sperau să le detecteze ar putea fi prea mici, ceea ce ar însemna că câmpul magnetic este foarte dezordonat.

„Acest lucru este important; dar este puțin dezamăgitor să spui ‘Nu am văzut nimic și este foarte important!’”, a spus Slane.

Când au venit datele IXPE, echipa a descoperit că câmpurile magnetice sunt cu siguranță dezordonate: au turbulențe mari, „dar nu atât de mari încât să nu putem detecta polarizarea”, a adăugat el.

Așa că au măsurat polarizarea razelor X și au descoperit că aceasta este de 9% în centrul rămășiței și de 12% la marginea acesteia. Aceasta este o măsurătoare a polarizării mult mai mare decât cea a țintei anterioare a echipei, Cassiopeia A, care arată că câmpurile magnetice ale lui Tycho sunt mai ordonate, spun cercetătorii.

„Aceste observații sunt primele care au sondat cu adevărat polarizarea emisiilor de la cei mai energici electroni din aceste acceleratoare cosmice de particule”, a spus Slane.

Câmpul magnetic al supernovei

Odată ce a aflat unghiul sau gradul de polarizare, echipa lui Slane a reușit să cartografieze geometria câmpului magnetic, despre care a văzut că era întins spre exterior (sau radial).

Cercetătorii știau deja acest lucru din observațiile radio anterioare, așa că descoperirea nu a fost o surpriză totală. Ei spun că observatorul spațial IXPE i-a ajutat să cartografieze câmpul mult mai detaliat decât observațiile anterioare, la scări mai mici de un parsec (3,26 ani lumină sau 31 trilioane km).

Ei au aflat că pentru ca supernova Tycho să-și accelereze particulele încărcate aproape de viteza luminii, „sunt necesare câmpuri magnetice puternice și turbulente”, a spus Slane, „dar IXPE ne arată că există o uniformitate la scară largă, sau coerență, implicată de asemenea, extinzându-se până la locurile unde are loc accelerația”.

Folosind aceste date, echipa a descoperit că structura radială se menține intactă până la locurile de accelerare, pe care nu le cunoșteau înainte. Ei spun că această perspectivă va arunca lumină asupra modului în care Tycho accelerează particulele încărcate la energii de cel puțin o sută de ori mai mari decât cele mai puternice acceleratoare de particule de pe Pământ.

Cercetarea este descrisă într-o lucrare publicată în cel mai recent număr al The Astrophysical Journal.

Vă recomandăm să citiți și:

Test de cultură generală. Cât de vechi este Pământul?

Viața extraterestră de pe Enceladus ar putea fi descoperită prin studierea inelelor lui Saturn

Cum putem vedea rotația Pământului chiar de pe suprafața sa?

Energia întunecată a Universului ar putea să ducă la un al doilea Big Bang, arată un studiu