Dankzij de nieuwe IXPE-ruimtetelescoop van NASA en de Italiaanse ASI konden sterrenkundigen voor het eerst gepolariseerd röntgenlicht opvangen van sterren en resten van supernova's. De röntgentelescoop werd eind 2021 gelanceerd en keek als eerste naar Cassiopeia A. Dat was een geluk voor Jacco Vink (Universiteit van Amsterdam). Hij doet namelijk al jaren onderzoek naar 'Cas A'. Zo ontdekte hij een half jaar geleden dat de ontploffingsnevel niet gelijkmatig uitdijt. Nu zijn daar dus de onverwachte magneetvelden bijgekomen.
Cassiopeia A is het overblijfsel van een ontplofte ster in het sterrenbeeld Cassiopeia op ongeveer 11.000 lichtjaar van ons vandaan. Rond 1670 zou het licht van de explosie de aarde voor het eerst bereikt moeten hebben. Er bevond zich echter te veel gas en stof rond de ster om de ontploffing te zien met het blote oog of met de toen nog primitieve telescopen.
![Ingekleurde afbeelding van Cassiopeia A gebaseerd op gegevens van de ruimtetelescopen Hubble, Spitzer en Chandra. (c) NASA/JPL-Caltech [via Wikimedia]](/upload/750x571/images/2022/10/Cassiopeia_A-credit-NASA-JPL-Caltech.jpg)
Ingekleurde afbeelding van Cassiopeia A gebaseerd op gegevens van de ruimtetelescopen Hubble, Spitzer en Chandra. (c) NASA/JPL-Caltech [via Wikimedia]
Chaotisch richting van het magneetveld
Sterrenkundigen kunnen veel informatie halen uit de zogeheten polarisatie of trillingsrichting van licht. Tot nu toe waren er geen telescopen die gepolariseerd röntgenlicht konden opvangen. De IXPE-telescoop kan dat wel.
We gingen ervanuit dat vlakbij de schokgolven in Cas A één magneetveldrichting zou overheersen, doordat de schok het magneetveld samenperst in een richting langs de schokken," legt Jacco Vink uit. "Dan zou je verwachten dat 70% van het röntgenlicht gepolariseerd is en parallel loopt aan de schokken. De nieuwe waarnemingen laten zien dat slechts 5% gepolariseerd is. Wij concluderen dus dat er achter de schok allerlei processen zijn die de magneetveldrichtingen weer chaotisch maken.”
De theorie van de meerdere magneetvelden komt overigens niet helemaal onverwacht. Eerdere metingen aan radiostraling, dus niet aan röntgenstraling, lieten ook daar slechts 5% gepolariseerd licht zien.
Dunne sliertjes achter schokgolf
"Er is nog wel een verschil tussen radio en röntgen," voegt medeonderzoeker Dmitry Prokhorov (Universiteit van Amsterdam) toe. "Radio komt van een groter gebied dan röntgen. Bij radio zagen we dat de magneetvelden vanaf de schokken naar buiten gericht zijn, zoals de spaken van een wiel. Bij röntgen zien we magneetveldrichtingen in dunne sliertjes vlak achter schokken. Er zijn blijkbaar processen die snel magneetveldrichtingen door elkaar husselen achter de schok. Maar wat die processen zijn, weten we nog niet."
De onderzoekers meten inmiddels met de IXPE-telescoop ook bij andere sterren en supernovaresten gepolariseerde röntgenlicht. Ook kijken ze met de nieuwe James Webb-ruimtetelescoop naar Cas A. De analyses daarvan worden in de nabije toekomst verwacht. Dan wordt wellicht ook duidelijker hoe het met Cas A zit.
Polarisatie
Licht is niet alleen een straal die naar voren beweegt, maar ook een golf die op en neer gaat. Die trilling wordt ook wel polarisatie genoemd. Normaal zonlicht trilt alle kanten op. Het is ongepolariseerd. Als zonlicht bijvoorbeeld weerkaatst op water, dan raakt het gepolariseerd en trilt het met een voorkeursrichting.
Sterrenkundigen halen uit de polarisatie van licht onder ander informatie over de richtingen van een magneetveld in ijle gassen in het heelal. Tot voor kort kon alleen van zichtbaar licht en radiostaling de polarisatierichting worden bepaald. Maar de IXPE-ruimtelescoop kan gepolariseerde röntgenstraling opvangen.
Wetenschappelijk artikel
X-ray polarization detection of Cassiopeia A with IXPE. Door: Jacco Vink, et al. In: The Astrophysical Journal, Volume 938, 12 oktober 2022. Origineel (open access) | Preprint
De magneetvelden van Cassiopeia A. De witte en groene streepjes zijn magneetvelden gemeten met de IXPE-telescoop. De onderliggende blauwe afbeelding is gemaakt met de Chandra-telescoop. Bij de groene streepjes is het signaal het sterkst, het meest betrouwbaar. Een groot deel van het magneetveld in Cas A heeft, tegen de verwachting in, geen sterke voorkeursrichting. Het magneetveld is grotendeels chaotisch. (c) NASA/Vink et al. [groot formaat]
English news item at NASA.gov