美国国家航空航天局的X射线偏振成像探测器IXPE望远镜首次捕捉到了超新星遗迹SN 1006的X射线偏振信号。这些新结果增进了科学家对磁场与宇宙高能粒子之间关系的理解。

        "天体磁场的测量非常困难，但IXPE为我们提供了一种有效的探测途径。现在我们可以看到SN 1006磁场的形状。"这项研究发现的第一作者、南京大学的周平表示： "观测显示SN1006的磁场是扭曲的，但是在某些方向上也呈现出一种有序性。" 该研究发表在《天体物理学杂志》 上。

图片说明：超新星遗迹SN 1006的合成图像。左上角圆圈紫色部分显示了IXPE观测区域，白色线段表示磁场方向，紫色部分来自IXPE X射线观测。SN1006完整图像中红色和白色部来自Chandra X射线天文台的X射线观测，分别对应了热气体和高能粒子产生的X射线辐射，视线上的金色点源来自Spitzer太空望远镜。图片来源：X-ray: NASA/CXC/SAO (Chandra); NASA/MSFC/Nanjing Univ./P. Zhou et al. (IXPE); IR: NASA/JPL/CalTech/Spitzer; Image Processing: NASA/CXC/SAO/J.Schmidt

        SN 1006位于豺狼座中，距离地球距离约6500光年。它诞生于千年前的一次超新星爆发。这场剧烈的爆炸可能来自两颗白矮星合并，或者由一颗白矮星从伴星中捕获大量物质而产生。

        这颗超新星最早于公元1006年春被中国古代天文学家发现，是历史上著名的"周伯星"。《宋史・天文志》载： "景德三年(1006)四月戊寅周伯星见，出氐南骑官西一度，状如半月，有芒角，煌煌然可以鉴物，历库楼东。八月，随天轮入浊。十一月复见在氐。自是，常以十一月辰见东方，八月西南入浊。"日本、欧洲和阿拉伯的古代天文学家也给出了相应记录。根据中国文献记载，其光亮至少持续了三年，这是有史以来最明亮的历史超新星。

书影来自《宋史》四库全书本（感谢国家天文台黎耕提供书影）

        在现代天文研究中，SN1006是一个重要的高能天体，它在射电、X射线和伽马射线波段都非常明亮。与其他呈球形的年轻超新星遗迹明显不同，这个遗迹表现出奇特的双瓣结构。

        科学家们猜测SN 1006的独特结构与其磁场的方向有关，并推测超新星遗迹在东北和西南方向上的运动方向与磁场方向一致，这种一致性使得高能粒子能被更有效地加速。这些被加速的极高能量的粒子产生了我们观测到的X射线和伽马射线辐射。

        IXPE的新发现有助于验证和阐明这些理论。"距离较近的X射线明亮的超新星遗迹，如SN 1006，非常适合IXPE测量，因为IXPE具备X射线偏振灵敏度和空间分辨能力的综合能力，"亚拉巴马州亨茨维尔的美国国家航空航天局马歇尔太空飞行中心的研究员Douglas Swartz表示，通过美国大学太空研究协会。"这种综合能力对于定位宇宙射线加速位置至关重要。

        研究结果表明，磁场与遗迹加速高能粒子之间存在紧密联系。根据IXPE的观测图像显示，SN 1006的外壳中的磁场略显混乱，但仍具有某种方向性。这种方向恰好与冲击波的运动方向一致。带电粒子被困在爆震波附近的磁场中，迅速地被加速。这些高能粒子又将一部分能量转移到磁场中，导致了磁场的强烈放大和扰动。

        "我们首次能够在高能波段详细和准确地绘制超新星遗迹的磁场结构，从而更好地理解粒子加速的过程。" 这项研究的合作者之一、香港大学的杨怡蓉说："我们从光谱偏振分析中获得的偏振性质与利用其他方法得到的结果非常吻合，这凸显了IXPE的可靠性和强大能力。"

        自2021年12月启动以来，IXPE已观测到三个超新星遗迹——仙后座A、第谷超新星和现在的SN 1006，帮助科学家更全面地理解超新星遗迹中磁场的起源和过程。

        科学家们惊讶地发现SN 1006的偏振度比其他两个超新星遗迹更高，但所有三者都显示磁场的方向是沿着爆炸中心朝外的。随着研究人员继续探索IXPE的数据，他们正在重新调整对这类极端对象中粒子加速的理解。

        IXPE于2021年12月发射，是首颗X射线偏振成像卫星，预期运行时间为5年。IXPE是美国国家航空航天局（NASA）与意大利航天局合作的项目, 合作伙伴和科学合作者来自12个国家。IXPE由位于亚拉巴马州亨茨维尔的NASA马歇尔航天飞行中心领导。位于科罗拉多布鲁姆菲尔德的Ball 航天公司与科罗拉多大学博尔德分校的大气与太空物理实验室合作负责太空船的操作。

        中国正在发起和领导一个新的重大国际合作空间项目eXTP（增强型X射线时变与偏振探测空间天文台）。eXTP将搭载数组科学仪器，其中包含一组X射线偏振成像阵列，它相比IXPE具有更高的集光能力。eXTP将成为2030年前后国际领先的旗舰级X射线空间天文台，用其前所未有的望远镜性能探索宇宙中极端条件下的物理规律。

    注：本新闻稿为NASA新闻稿译本，含部分新添加内容。

    原文出处: NASA新闻稿https://www.nasa.gov/missions/ixpe/ixpe-untangles-theories-surrounding-historic-supernova-remnant/

    研究论文："Magnetic Structures and Turbulence in SN 1006 Revealed with Imaging X-Ray Polarimetry", ApJ, 2023, 957,55 ; https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/acf3e6