科学家首次使用NASA的IXPE（成像X射线偏振测量探测器）直接测量位于通常被称为灯塔星云中的PSR J1101−6101脉冲星的磁场。这些结果为一些宇宙中最极端物体的结构提供了新的见解，NASA继续探索宇宙运作的秘密。描述这些结果的论文周四发表在《天体物理学杂志》上。脉冲星是一种快速旋转的强磁场中子星。灯塔星云中心的脉冲星旋转速度为每秒16次。中子星是大质量恒星生命周期结束后形成的残余核心，其质量超过太阳。它们被压缩到城市的大小，使其成为研究极端物理的自然实验室。偏振是描述光的电场振动方向的一种特性。偏振度是对这些振动彼此对齐程度的测量。在2025年6月，IXPE将近18天专注于灯塔星云。天文学家研究了从脉冲星延伸的两个狭窄的X射线分支，以更好地理解以接近光速的电子如何与这个能量系统互动。较长的分支被称为“细丝”，而较短的分支则被称为“尾迹”。当来自脉冲星的高能粒子与星际空间的气体碰撞时，会形成一个弓形冲击波，就像在快速行驶的船前形成的弓波。大多数粒子被困在这个弓形冲击波之后，形成脉冲星后方的湍流轨迹。自2008年以来，研究人员就怀疑最高能量的粒子通过这个弓形冲击波逃逸进入星际空间，沿着银河的磁场线流动，从而形成星云的细长细丝。“我们想测试这个理论，”斯坦福大学本科生、研究的负责人杰克·丁斯莫尔（Jack Dinsmore）说。“‘烟雾弹’将通过测量光的偏振来获得，这表明磁场的方向。如果磁场沿着细丝方向，这就确认了细丝的粒子沿着磁场流动。”这些测量的一个挑战是灯塔星云相对微弱。为了解决这个问题，IXPE科学家开发了先进的分析方法，利用每一丝数据，避免可能限制信息的简化步骤。借助这些新工具以及对灯塔的最新观测，科学团队成功测量了细丝的偏振。这些技术还提供了尾迹和脉冲星发射信号的偏振测量。他们的分析确认，磁场确实与粒子的流动对齐，置信度超过99%。尽管平行方向验证了粒子运动的模型，但偏振度高得足以提出新的问题。“许多关于细丝的模型假设了强烈的磁湍流，”斯坦福大学教授兼论文合著者罗杰·罗曼尼（Roger Romani）说。“我们测量的高偏振度表明，这种模型所需的湍流水平较低。”IXPE的观测还显示，负责X射线发射的磁场必须与尾迹平行。然而，作者收集的射电频率观测显示，磁场几乎完全垂直。“在射电和X射线波长之间观察到的磁场方向的显著差异，为这些物体高度结构化的特性提供了有力证据，”意大利国家天体物理研究所的尼科洛·布基安蒂尼（Niccolò Bucciantini）说，他是这项研究的合著者。“这标志着不同能量的粒子在系统内占据不同区域的第一个明确指示，暗示可能存在多种、极有可能非常不同的加速机制。”IXPE任务继续提供前所未有的数据，使我们能够对宇宙中的天体进行突破性发现，这是NASA与意大利空间局的联合任务，在12个国家的合作伙伴和科学合作伙伴的共同努力下进行。该任务由美国阿拉巴马州亨茨维尔的NASA马歇尔航天飞行中心领导，BAE系统公司与科罗拉多大学大气与空间物理实验室共同管理航天器操作。更多关于IXPE持续任务的信息，请访问：https://www.nasa.gov/ixpe