NASA的IXPE解开了历史上第谷超新星的谜团
一个国际科学家团队发现了450年前发现的一颗恒星爆炸残骸的新信息。这一结果为超新星爆炸产生的冲击波如何将粒子加速到接近光速提供了新的线索。
这颗超新星遗迹被称为第谷，以丹麦天文学家第谷·布拉尼的名字命名，他在1572年注意到仙后座中这颗新“恒星”发出的明亮光芒。在这项新的研究中，天文学家使用NASA的X射线偏振成像探测器（IXPE）研究第谷超新星遗迹的偏振X射线。
利用NASA X射线偏振成像探测器（IXPE）的数据，国际研究人员发现了第谷超新星残骸的新信息，第谷超巨星残骸是仙后座的一颗爆炸恒星，1572年首次在地球上看到它发出的光。这些结果为这些巨大的恒星爆炸产生的冲击波如何将粒子加速到接近光速提供了新的线索，并首次揭示了超新星爆炸波附近磁场的几何结构，如这张合成图像所示，爆炸波在喷射物质周围形成了一个边界。IXPE数据（深紫色和白色）与NASA钱德拉X射线天文台的数据（红色和蓝色）相结合，并与数字化巡天望远镜拍摄的视场中的恒星叠加在一起。
影像来源：X射线数据： (IXPE: NASA/ASI/MSFC/INAF/R. Ferrazzoli, et al.), (Chandra: NASA/CXC/RIKEN & GSFC/T. Sato et al.) 光学数据：DSS 影像处理：NASA/CXC/SAO/K. Arcand, L.Frattare & N.Wolk
IXPE首次揭示了激波附近磁场的几何结构，激波仍在从最初的爆炸中传播，并在喷射出的物质周围形成边界。了解磁场几何结构可以让科学家进一步研究粒子是如何在那里加速。
“第谷是所谓的历史超新星之一，在过去曾被人类观测到，并产生了持久的社会甚至艺术影响。”罗马意大利国家天体物理研究所的研究员里卡多·费拉佐利博士说。“在它第一次出现在天空450年后，能在这里用新的眼光再次看到这个物体，并从中学习，这很令人兴奋。”费拉佐利是最新发表的第谷发现的主要作者，该发现发表在最新一期的《天体物理杂志》上。
测量X射线偏振可以告诉科学家，构成像第谷这样高能源的X射线的光波磁场的平均方向和顺序。偏振X射线是由在磁场中运动的电子产生，这个过程被称为“同步辐射”。X射线的极化方向可以映射回X射线产生位置的磁场方向。这些信息帮助科学家解决了天体物理学中一些最大的问题，比如第谷和其他物体是如何将粒子加速到比地球上最强大的粒子加速器更接近光速的。
“超新星残骸变成巨型粒子加速器的过程涉及到有序与混乱之间微妙的舞蹈。”马萨诸塞州剑桥哈佛大学天体物理中心高级天体物理学家帕特里克·斯莱恩说。“强而湍流的磁场是必需的，但IXPE向我们表明，也涉及到大范围的均匀性或相干性，延伸到加速度发生的位置。”
在几十年的运行中，NASA的钱德拉X射线天文台多次观测到第谷超新星遗迹，帮助研究人员对这一迷人的构造做出了里程碑式的发现。凭借其识别和跟踪偏振光X射线的能力，IXPE建立在钱德拉奠定的基础上。来自IXPE的信息使科学家们能够更好地理解宇宙射线（渗透到我们星系的高能粒子）被超新星残骸加速的过程。
IXPE以前所未有的清晰和规模帮助绘制了第谷磁场的形状。尽管之前的天文台曾在无线电波中观察过第谷的磁场，但IXPE在小于1秒差距（约3.26光年）的尺度上测量了磁场的形状——就人类经验而言，这是一个巨大的规模，但这是研究人员迄今为止观察这些遥远现象发出的高能“宇宙射线”来源的最近距离。这一信息对于科学家探索粒子在初始爆炸冲击波后如何加速非常有价值。
研究人员还记录了IXPE在第谷和早期研究对象仙后座A超新星遗迹的发现之间的相似之处和令人惊讶的差异。两个超新星遗迹中磁场的总体方向似乎是放射状的，沿着一个方向向外延伸。但是第谷比仙后座A产生了更高程度的X射线偏振，这表明它可能拥有一个更有序、更稳定的磁场。
第谷超新星被归类为Ia型超新星，当双星系统中的一颗白矮星粉碎它的伴星，捕获它的一些质量并引发剧烈爆炸时，就会产生这种超新星。白矮星的消失使碎片以极快的速度冲入太空。这类事件通常被认为是在太空中发现的大多数星系宇宙射线的来源，包括那些不断轰击地球大气层的宇宙射线。
第谷超新星爆炸本身释放的能量相当于太阳在100亿年里释放的能量。这一光芒使得第谷超新星在1572年在地球上可以用肉眼看到，当时布拉赫和其他天文观测者（可能包括8岁的威廉·莎士比亚）发现了它。莎士比亚将在17世纪之交的《哈姆雷特》早期段落中对其进行描述。
IXPE是NASA和意大利航天局与12个国家的合作伙伴和科学合作者的合作项目。IXPE由NASA位于阿拉巴马州亨茨维尔的马歇尔太空飞行中心领导。总部位于科罗拉多州布鲁姆菲尔德的鲍尔航空航天公司，与科罗拉多大学在博尔德的大气和空间物理实验室一起管理航天器操作。
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