Mithilfe des IXPE-Instruments konnte die NASA die Magnetfelder des Lighthouse-Pulsarnebels messen und damit Theorien über den Austritt hochenergetischer Teilchen bestätigen. Die am Donnerstag, 9. Juli 2026, veröffentlichten Beobachtungen enthüllen entscheidende Details über eines der extremsten Objekte im Universum und bieten eine neue Perspektive auf die kosmische Physik. Das resultierende Bild kombiniert Röntgendaten von IXPE (blau) und dem Chandra-Observatorium (lila) sowie Radioinformationen von CSIRO (grün) und optische Informationen von 2MASS.
Das Wissenschaftsteam Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE) der NASA hat die erste direkte Messung der Magnetfelder des Pulsars PSR J1101−6101 im Leuchtturmnebel erhalten. Solche Entdeckungen liefern wertvolle Daten über die Konformation hochintensiver kosmischer Elemente und helfen der Agentur, die Geheimnisse der Funktionsweise des Universums zu entschlüsseln. Eine detaillierte Studie dieser Analysen wurde am Donnerstag im Astrophysical Journal veröffentlicht.
NASA-Messungen mit IXPE haben die Theorie erfolgreich bestätigt, dass sich hochenergetische Teilchen entlang der galaktischen Magnetfeldlinien des Lighthouse-Pulsarnebels bewegen. Diese wissenschaftliche Bestätigung wird in einem zusammengesetzten Bild visualisiert, in dem Röntgendaten von IXPE in Blau (hervorgehoben im Einschub), vom Chandra-Röntgenobservatorium in Lila und CSIRO-Radio in Grün erscheinen, ergänzt durch optische Informationen aus der 2MASS-Durchmusterung.
Wichtige Details zum Leuchtturmpulsar und der Studie
- Was ist ein Pulsar?Ein Neutronenstern mit einem intensiven Magnetfeld, der sich mit hoher Geschwindigkeit dreht. Der Zentralpulsar im Leuchtturmnebel beispielsweise vollzieht jede Sekunde 16 Umdrehungen.
- Neutronensternbildung:Es sind die Kerne, die von Riesensternen am Ende ihres Lebens übrig bleiben. Sie haben mehr Masse als die Sonne, sind aber auf die Größe einer Stadt verdichtet und dienen als Umgebung für physikalische Forschung unter extremen Bedingungen.
- Polarisation verstehen:Diese Eigenschaft des Lichts beschreibt die Ausrichtung der Schwingungen seines elektrischen Feldes. Der Polarisationspegel gibt die Ausrichtung dieser Schwingungen an.
- Beobachtungsdauer:Das IXPE-Instrument widmete im Juni 2025 etwa 18 Tage der eingehenden Untersuchung des Leuchtturmnebels.
Astronomen konzentrierten ihre Forschung auf zwei dünne Ausläufer der Röntgenstrahlung, die vom Pulsar ausgeht, und versuchten, die Wechselwirkung von Elektronen mit Geschwindigkeiten nahe der Lichtgeschwindigkeit mit dem Energiesystem zu verstehen. Die längste Verlängerung wird als „Filament“ bezeichnet, während die kürzeste als „Spur“ bezeichnet wird.
Bei der Kollision mit interstellarem Gas erzeugen die hochenergetischen Teilchen des Pulsars eine Stoßwelle, ein Phänomen, das dem Kielwasser eines schnellen Bootes ähnelt. Die meisten dieser Partikel bleiben nach der Welle zurück und erzeugen die turbulente Spur, die der Pulsar hinterlässt.
Seit 2008 gibt es die Hypothese, dass energiereichere Teilchen diese Stoßwelle überwinden und in den interstellaren Raum vordringen können. Sie würden sich entsprechend den Magnetfeldlinien der Galaxie bewegen und so das ausgedehnte und subtile Filament des Nebels entstehen lassen.
Jack Dinsmore, ein Doktorand und Studienleiter der Stanford University, erklärte das Ziel: „Wir wollten diese Theorie testen.“ Er fügte hinzu: „Der entscheidende Beweis käme aus der Messung der Polarisation des Lichts, die die Ausrichtung des Magnetfelds aufzeigt. Wenn das Magnetfeld mit dem Filament ausgerichtet ist, bestätigt dies, dass die Partikel in diese Richtung fließen.“
Eines der größten Hindernisse für diese Analysen liegt in der geringen Leuchtkraft des Leuchtturmnebels. Um diese Schwierigkeit zu überwinden, haben IXPE-Experten fortschrittliche Methoden entwickelt, die die Gesamtheit der gesammelten Daten untersuchen und Vereinfachungen vermeiden, die den Informationsreichtum beeinträchtigen könnten. Mithilfe dieser innovativen Werkzeuge und neuerer Beobachtungen konnte das Team die Polarisation des Filaments, die Spur und auch das Emissionssignal des Pulsars messen.
Die Ergebnisse der Analyse bestätigten mit einer Sicherheit von mehr als 99 %, dass das Magnetfeld der gleichen Richtung folgt wie der Partikelfluss.
Obwohl die parallele Richtung bestehende Modelle für die Teilchenbewegung bestätigt, warf der hohe Grad der festgestellten Polarisation neue Fragen und Herausforderungen für das aktuelle Verständnis magnetischer Turbulenzen auf.
Roger Romani, Professor an der Stanford University und einer der Mitautoren der Studie, betonte, dass „mehrere Modelle für Filamente von starken magnetischen Turbulenzen ausgehen.“ Er bemerkte weiter, dass „der hohe Grad der Polarisierung, den wir aufgezeichnet haben, auf Turbulenzen hindeutet, die geringer sind als die, die für solche Modelle erforderlich sind.“
Beobachtungen von IXPE deuteten darauf hin, dass das Magnetfeld, das die Röntgenemission erzeugt, parallel zur Spur verlaufen sollte. Wissenschaftler erhielten jedoch auch Hochfrequenzdaten, die ein Magnetfeld mit nahezu perfekt senkrechter Ausrichtung zeigten.
Niccolò Bucciantini vom italienischen Nationalinstitut für Astrophysik und Mitautor der Studie kommentierte die Entdeckung: „Die auffällige Divergenz der Magnetfeldausrichtungen zwischen Radio- und Röntgenwellenlängen bietet überzeugende Beweise für die komplexe Struktur dieser Objekte.“ Er kam zu dem Schluss, dass „dies zum ersten Mal darauf hindeutet, dass Teilchen mit unterschiedlichen Energien unterschiedliche Zonen innerhalb des Systems besetzen, was auf die Existenz mehrerer und möglicherweise unterschiedlicher Beschleunigungsmechanismen schließen lässt.“
