La nébuleuse du crabe est très différente dans les rayons X, révélant ses champs magnétiques

Situé à environ 6 500 années-lumière dans la constellation du Taureau, est l’un des objets cosmiques les mieux étudiés connu sous le nom de Nébuleuse du Crabe (également connue sous le nom de Messier 1). Découverte au XVIIIe siècle par l’astronome anglais John Bevis en 1731, la nébuleuse du Crabe est devenue le premier objet à être inclus par l’astronome Charles Messier dans son catalogue d’objets du ciel profond. En raison de sa nature extrême, les scientifiques étudient la nébuleuse du Crabe depuis des décennies pour en savoir plus sur son champ magnétique, ses émissions de haute énergie (rayons X) et la façon dont ces particules accélèrent jusqu’à une vitesse proche de la lumière.

Les astronomes se sont particulièrement intéressés à étudier la polarisation des rayons X produits par le pulsar et ce que cela peut nous dire sur le champ magnétique de la nébuleuse. Lorsque les études ont été menées pour la première fois dans les années 1970, les astronomes devaient s’appuyer sur une fusée-sonde pour contourner l’atmosphère terrestre et mesurer la polarisation avec des capteurs spéciaux. Récemment, une équipe internationale d’astronomes a utilisé des données obtenues par la NASA Explorateur d’imagerie à rayons X polarisants (IXPE) pour créer une carte détaillée du champ magnétique de la nébuleuse du crabe, qui a résolu plusieurs mystères anciens concernant l’objet.

La recherche a été menée Nicolas BocciantiniIl est professeur adjoint à Université de Florence et le Osservatorio Astrofisico di Arcetri. Ils ont été rejoints par des chercheurs de Institut national d’astrophysique (INAF), et Institut Kavli d’astrophysique et de cosmologiele Cluster RIKEN pour une recherche de pointele Institut MIT Kavli pour l’astrophysique et la recherche spatialele Centre d’astrophysique Harvard-Smithsonian (CfA), NASA Marshall, NASA Goddard et de nombreuses universités et instituts de recherche. Leurs résultats ont été publiés dans la revue astronomie naturelle.

compréhension croissante

La nébuleuse du crabe est un objet d’étude préféré des astronomes et des astrophysiciens depuis des décennies. Connue sous le nom de nébuleuse du vent stellaire, l’objet est une étoile à neutrons en rotation semblable à un pulsar (également connue sous le nom de pulsar) entourée d’une masse de gaz et de poussière. L’interaction entre les deux crée des ondes de choc, de la lumière et des particules à haute énergie et un champ magnétique chaotique. Ces environnements ne sont pas encore entièrement compris, ce qui donne aux astronomes l’occasion d’en savoir plus sur les conditions extrêmes produites par les supernovae.

En 1971, l’astronome Martin Weiskopf – scientifique en chef de la NASA pour l’astronomie des rayons X et astronome émérite au Marshall Space Flight Center de la NASA – a effectué les premières mesures de sa polarisation à l’aide d’une fusée-sonde. Ses premiers travaux sont devenus la base de sa proposition d’un télescope spatial plus puissant pour étudier régulièrement les émissions de rayons X des nébuleuses et d’autres sources cosmiques. Sa proposition a été mise en œuvre avec la création Observatoire de rayons X Chandraqui a été lancé en 1991, et IXPE qui a suivi en 2021.

La fusée-sonde ne peut étudier la nébuleuse du Crabe que pendant cinq minutes avant de tomber sur Terre. Cela a été suivi par les mesures que j’ai prises Le huitième observatoire solaire orbital (0S0-8) en 1975, une mission destinée à étudier les sources de rayons X cosmiques. Ces deux missions ont donné le même résultat, indiquant que la polarisation moyenne de la nébuleuse du Crabe est d’environ 20 %. Au cours des années 1990, Weiskopf a poursuivi ses explorations de la nébuleuse du crabe en tant que scientifique du projet Chandra (membre de la NASA). Grands observatoires) qui a révélé de nouvelles choses.

Cela impliquait des structures filiformes se déplaçant dans la nébuleuse, aidant les scientifiques à mieux comprendre comment l’énergie du pulsar et les émissions de rayons X sont liées. La nébuleuse du Crabe a également été étudiée par tous les grands télescopes déployés depuis lors, y compris Hubble et Spitzer (deux autres grands observatoires). Mais seul IXPE (dont Weiskopf est le premier chercheur principal) a la sensibilité et les instruments pour mesurer les émissions de rayons X de la nébuleuse et la polarisation de ses champs magnétiques.

La carte la plus détaillée à ce jour

Dans cette dernière étude (dont Weiskov était co-auteur), Bucciantini et ses collègues espéraient obtenir de nouvelles informations sur la nébuleuse du Crabe en mesurant la polarisation des émissions de rayons X brillants. En mesurant la polarisation, les scientifiques peuvent en apprendre davantage sur le champ magnétique de la nébuleuse, comme la façon dont il est disposé et la direction qu’il pointe dans différentes parties de la nébuleuse. La perturbation et la géométrie du champ magnétique déterminent comment les particules de « rayons cosmiques » (électrons et noyaux atomiques nus) jaillissent vers l’extérieur à une vitesse proche de la lumière.

Les données IXPE ont montré que le champ magnétique de la nébuleuse du crabe a la forme du champ magnétique d’un La nébuleuse du vent Pulsar (sous forme de beignet). Cependant, contrairement à leurs attentes, l’équipe scientifique a remarqué que certaines zones de perturbation du champ magnétique étaient plus inégales et inégales. « C’est une indication claire que même les modèles les plus complexes développés dans le passé, en utilisant des techniques numériques avancées, ne capturent pas entièrement la complexité de cet objet », a déclaré Niccolo Bocciantini.

Les mesures IXPE ont conduit à des résultats similaires à ce que Weisskopf et ses collègues ont trouvé dans les années 1970, indiquant la même polarisation moyenne sur toute la nébuleuse. Cependant, des instruments IXPE plus sophistiqués ont pu affiner l’angle de polarisation et examiner de petites différences sur l’ensemble de la nébuleuse. En particulier, ils ont noté que la polarisation était plus faible près du pulsar tout en notant des régions de plus grande polarisation à des années-lumière dans les régions extérieures.

Cela a permis à l’équipe de regarder au-delà des rayons X provenant de la nébuleuse du crabe et d’examiner ceux provenant du pulsar lui-même et de ses champs magnétiques environnants. Leurs découvertes indiquent que ces rayons X proviennent de la région du champ magnétique externe (ou région du « vent »), bien que l’emplacement exact et la cause restent inconnus. De cela, ils concluent que les chocs des « vents » du pulsar dans le champ magnétique entrent en collision avec les particules de gaz et de poussière dans la nébuleuse et les accélèrent jusqu’à une vitesse proche de la lumière.

« Le crabe est l’un des objets astrophysiques à haute énergie les plus étudiés dans le ciel », a déclaré Michela Nigro, chercheuse au Goddard Space Flight Center de la NASA et co-auteur de l’étude. « Il est donc très excitant d’apprendre quelque chose de nouveau sur ce système en regardant à travers » les verres. Polarisé » de IXPE. »

Pour Weisskopf, ces découvertes semblent être une sorte de validation, car elles confirment et s’appuient sur ce que lui et ses collègues ont travaillé pendant de nombreuses décennies. « Je suis tellement fier de tous ceux qui sont associés à IXPE », a-t-il déclaré. « Tout le monde a travaillé si dur, et ça marche comme annoncé. C’est comme si quelqu’un me disait : ‘Martin, tu as fait du bon travail.' »

Lecture complémentaire : NasaEt astronomie naturelle