Астрономы задействовали Австралийскую компактную антенную решётку (ATCA) для исследования специфического астрофизического объекта, который представляет собой плерион, известный как Парус X (Vela X). Результаты новых наблюдений, опубликованные 2 марта на сервере препринтов arXiv предоставляют дополнительные данные о физических свойствах и природе этой структуры.
Плерионы (Pulsar Wind Nebulae, PWN) представляют собой газопылевые образования, основным источником энергии для которых служит ветер пульсара. Сам пульсар является быстро вращающейся нейтронной звездой со сверхмощным магнитным полем. А плерион состоит из потока заряженных частиц (преимущественно электронов и позитронов), разогнанных до релятивистских скоростей. Когда этот поток сталкивается с окружающей средой, в частности с медленно расширяющимся веществом, выброшенным в ходе взрыва сверхновой, возникает ударная волна, формирующая саму туманность.
Туманность с коконом
Парус X это плерион, расположенный на расстоянии около 1000 световых лет от Земли, что делает его относительно близким к нам объектом подобного класса. Он подпитывается энергией пульсара в созвездии Парус, известного как PSR J0835–4510 или PSR B0833–45 и физически связан с остатком сверхновой G263.9−3.3. Характерной особенностью системы является наличие узконаправленного выброса высокоэнергетических частиц, получившего название Кокон. Эта структура асимметрично вытянута от пульсара в направлении на юг-юго-запад.
Предыдущие наблюдения Кокона в Парус X выявили, что его интенсивное синхротронное излучение, то есть свечение, возникающее при движении заряженных частиц в магнитном поле с околосветовой скоростью, фиксируется в различных диапазонах спектра, в том числе в радио и рентгеновском. Однако области радио и рентгеновской эмиссии пространственно разделены, что является нетипичным. Механизм формирования Кокона до сих пор неясен. Ряд исследований предполагает, что так называемая возвратная ударная волна (отражённый от межзвёздной среды поток вещества, движущийся обратно к центру системы с севера) могла столкнуться с первоначальной туманностью пульсарного ветра и деформировать её.
Чтобы выяснить, почему источники радио и рентгеновского излучения в Коконе так сильно разнесены в пространстве и почему выраженные структуры в этих диапазонах наблюдаются лишь на значительном удалении от самого пульсара, группа астрономов под руководством Иханя Лю (Yihan Liu) из Университета Чжуншань имени Сунь Ятсена в Китае решила провести радионаблюдения объекта Парус X с высоким пространственным разрешением с помощью массива ATCA.
"Мы провели новые радионаблюдения плериона Парус X с помощью ATCA 23, 24 и 25 ноября 2024 года в рамках проекта C3579. Во всех наблюдениях использовались конфигурации антенной решётки ATCA с базами до 750 метров, что позволило получить как хорошее угловое разрешение, так и качественный uv-охват", - отмечают исследователи в своей статье.
В радиоинтерферометрии конфигурация массива определяет разрешающую способность, а uv-охват (полнота регистрации пространственных частот) критически важен для корректного восстановления изображений сложных протяжённых источников.
Что показали новые снимки?
Новые наблюдения с высоким разрешением выявили в области Кокона крупномасштабную структуру, состоящую из изогнутых филаментов, вытянутых плазменных нитей. Кроме того, на полученных изображениях прослеживаются хаотичные волокнистые структуры значительно меньшего масштаба, расположенные как внутри основных филаментов, так и за их пределами.
Анализ показал, что идентифицированные крупномасштабные филаменты обладают высокой степенью поляризации, при этом линии магнитного поля направлены по касательной (тангенциально) к самим нитям. Мера вращения, физическая величина, описывающая поворот плоскости поляризации электромагнитной волны при её прохождении через намагниченную плазму (эффект Фарадея), демонстрирует локальное повышение вдоль главного филамента, оставаясь флуктуирующей в остальных областях. Построенная авторами карта спектральных радиоиндексов (показателей зависимости интенсивности излучения от частоты) свидетельствует о том, что радиоструктуры в области Кокона энергетически связаны непосредственно с пульсаром, а не сгенерированы исключительно оболочкой остатка сверхновой.
Сравнение с предыдущими изображениями и необходимость дальнейших исследований
Сопоставление новых радиокарт с ранее полученными данными подтвердило, что радио и рентгеновские филаменты представляют собой различные, обособленные структуры. Это указывает на сложную и высокодинамичную физическую среду внутри системы, образованной плерионом и остатком сверхновой.
Астрономы отмечают, что хотя распределение общей интенсивности излучения и меры вращения поперек Кокона можно объяснить наличием спирального филамента с эффектом доплеровского усиления (релятивистским явлением, при котором излучение частиц, движущихся в сторону наблюдателя, кажется более интенсивным) в хаотичной околозвёздной среде, распределение поляризации требует дополнительных исследований.
Авторы работы подчеркивают необходимость проведения дальнейших наблюдений Кокона в системе Парус X. Получение новых данных позволит более точно оценить напряженность локального магнитного поля. В свою очередь, это необходимо для построения корректных магнитогидродинамических симуляций, то есть компьютерных моделей, описывающих поведение электрически проводящей плазмы в магнитных полях применительно к данной системе.