Vela pulsar wind nebula X-rays are polarized to near the synchrotron limit

Fei Xie (), Alessandro Di Marco, Fabio La Monaca, Kuan Liu, Fabio Muleri, Niccolò Bucciantini, Roger W. Romani, Enrico Costa, John Rankin, Paolo Soffitta, Matteo Bachetti, Niccolò Di Lalla, Sergio Fabiani, Riccardo Ferrazzoli, Shuichi Gunji, Luca Latronico, Michela Negro, Nicola Omodei, Maura Pilia, Alessio Trois, Eri Watanabe, Iván Agudo, Lucio A. Antonelli, Luca Baldini, Wayne H. Baumgartner, Ronaldo Bellazzini, Stefano Bianchi, Stephen D. Bongiorno, Raffaella Bonino, Alessandro Brez, Fiamma Capitanio, Simone Castellano, Elisabetta Cavazzuti, Stefano Ciprini, Alessandra De Rosa, Ettore Del Monte, Laura Di Gesu, Immacolata Donnarumma, Victor Doroshenko, Michal Dovčiak, Steven R. Ehlert, Teruaki Enoto, Yuri Evangelista, Javier A. Garcia, Kiyoshi Hayashida, Jeremy Heyl, Wataru Iwakiri, Svetlana G. Jorstad, Vladimir Karas, Takao Kitaguchi, Jeffery J. Kolodziejczak, Henric Krawczynski, Ioannis Liodakis, Simone Maldera, Alberto Manfreda, Frédéric Marin, Andrea Marinucci, Alan P. Marscher, Herman L. Marshall, Francesco Massaro, Giorgio Matt, Ikuyuki Mitsuishi, Tsunefumi Mizuno, C.-Y. Ng, Stephen L. O’Dell, Chiara Oppedisano, Alessandro Papitto, George G. Pavlov, Abel L. Peirson, Matteo Perri, Melissa Pesce-Rollins, Pierre-Olivier Petrucci, Andrea Possenti, Juri Poutanen, Simonetta Puccetti, Brian D. Ramsey, Ajay Ratheesh, Carmelo Sgró, Patrick Slane, Gloria Spandre, Toru Tamagawa, Fabrizio Tavecchio, Roberto Taverna, Yuzuru Tawara, Allyn F. Tennant, Nicolas E. Thomas, Francesco Tombesi, Sergey S. Tsygankov, Roberto Turolla, Jacco Vink, Martin C. Weisskopf, Kinwah Wu and Silvia Zane
Additional contact information
Fei Xie: Guangxi University
Alessandro Di Marco: INAF Istituto di Astrofisica e Planetologia Spaziali
Fabio La Monaca: INAF Istituto di Astrofisica e Planetologia Spaziali
Kuan Liu: Guangxi University
Fabio Muleri: INAF Istituto di Astrofisica e Planetologia Spaziali
Niccolò Bucciantini: INAF Osservatorio Astrofisico di Arcetri
Roger W. Romani: Stanford University
Enrico Costa: INAF Istituto di Astrofisica e Planetologia Spaziali
John Rankin: INAF Istituto di Astrofisica e Planetologia Spaziali
Paolo Soffitta: INAF Istituto di Astrofisica e Planetologia Spaziali
Matteo Bachetti: INAF Osservatorio Astronomico di Cagliari
Niccolò Di Lalla: Stanford University
Sergio Fabiani: INAF Istituto di Astrofisica e Planetologia Spaziali
Riccardo Ferrazzoli: INAF Istituto di Astrofisica e Planetologia Spaziali
Shuichi Gunji: Yamagata University
Luca Latronico: Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Torino
Michela Negro: NASA Goddard Space Flight Center
Nicola Omodei: Stanford University
Maura Pilia: INAF Osservatorio Astronomico di Cagliari
Alessio Trois: INAF Osservatorio Astronomico di Cagliari
Eri Watanabe: Yamagata University
Iván Agudo: Instituto de Astrofísica de Andalucía—CSIC
Lucio A. Antonelli: INAF Osservatorio Astronomico di Roma
Luca Baldini: Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa
Wayne H. Baumgartner: NASA Marshall Space Flight Center
Ronaldo Bellazzini: Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa
Stefano Bianchi: Università degli Studi Roma Tre
Stephen D. Bongiorno: NASA Marshall Space Flight Center
Raffaella Bonino: Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Torino
Alessandro Brez: Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa
Fiamma Capitanio: INAF Istituto di Astrofisica e Planetologia Spaziali
Simone Castellano: Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa
Elisabetta Cavazzuti: Agenzia Spaziale Italiana
Stefano Ciprini: Agenzia Spaziale Italiana
Alessandra De Rosa: INAF Istituto di Astrofisica e Planetologia Spaziali
Ettore Del Monte: INAF Istituto di Astrofisica e Planetologia Spaziali
Laura Di Gesu: Agenzia Spaziale Italiana
Immacolata Donnarumma: Agenzia Spaziale Italiana
Victor Doroshenko: Institut für Astronomie und Astrophysik
Michal Dovčiak: Astronomical Institute of the Czech Academy of Sciences
Steven R. Ehlert: NASA Marshall Space Flight Center
Teruaki Enoto: RIKEN Cluster for Pioneering Research
Yuri Evangelista: INAF Istituto di Astrofisica e Planetologia Spaziali
Javier A. Garcia: California Institute of Technology
Kiyoshi Hayashida: Osaka University, Suita
Jeremy Heyl: University of British Columbia
Wataru Iwakiri: Chuo University
Svetlana G. Jorstad: Boston University
Vladimir Karas: Astronomical Institute of the Czech Academy of Sciences
Takao Kitaguchi: RIKEN Cluster for Pioneering Research
Jeffery J. Kolodziejczak: NASA Marshall Space Flight Center
Henric Krawczynski: Washington University in St Louis
Ioannis Liodakis: University of Turku
Simone Maldera: Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Torino
Alberto Manfreda: Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa
Frédéric Marin: Université de Strasbourg, CNRS, Observatoire Astronomique de Strasbourg
Andrea Marinucci: Agenzia Spaziale Italiana
Alan P. Marscher: Boston University
Herman L. Marshall: Massachusetts Institute of Technology
Francesco Massaro: Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Torino
Giorgio Matt: Università degli Studi Roma Tre
Ikuyuki Mitsuishi: Nagoya University
Tsunefumi Mizuno: Hiroshima University
C.-Y. Ng: University of Hong Kong
Stephen L. O’Dell: NASA Marshall Space Flight Center
Chiara Oppedisano: Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Torino
Alessandro Papitto: INAF Osservatorio Astronomico di Roma
George G. Pavlov: Pennsylvania State University
Abel L. Peirson: Stanford University
Matteo Perri: INAF Osservatorio Astronomico di Roma
Melissa Pesce-Rollins: Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa
Pierre-Olivier Petrucci: Université Grenoble Alpes, CNRS, IPAG
Andrea Possenti: INAF Osservatorio Astronomico di Cagliari
Juri Poutanen: University of Turku
Simonetta Puccetti: Agenzia Spaziale Italiana
Brian D. Ramsey: NASA Marshall Space Flight Center
Ajay Ratheesh: INAF Istituto di Astrofisica e Planetologia Spaziali
Carmelo Sgró: Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa
Patrick Slane: Center for Astrophysics, Harvard & Smithsonian
Gloria Spandre: Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa
Toru Tamagawa: RIKEN Cluster for Pioneering Research
Fabrizio Tavecchio: INAF Osservatorio Astronomico di Brera
Roberto Taverna: Università degli Studi di Padova
Yuzuru Tawara: Nagoya University
Allyn F. Tennant: NASA Marshall Space Flight Center
Nicolas E. Thomas: NASA Marshall Space Flight Center
Francesco Tombesi: Università degli Studi di Roma Tor Vergata
Sergey S. Tsygankov: University of Turku
Roberto Turolla: Università degli Studi di Padova
Jacco Vink: University of Amsterdam
Martin C. Weisskopf: NASA Marshall Space Flight Center
Kinwah Wu: University College London
Silvia Zane: University College London

Nature, 2022, vol. 612, issue 7941, 658-660

Abstract: Abstract Pulsar wind nebulae are formed when outflows of relativistic electrons and positrons hit the surrounding supernova remnant or interstellar medium at a shock front. The Vela pulsar wind nebula is powered by a young pulsar (B0833-45, aged 11,000 years)1 and located inside an extended structure called Vela X, which is itself inside the supernova remnant2. Previous X-ray observations revealed two prominent arcs that are bisected by a jet and counter jet3,4. Radio maps have shown high linear polarization of 60% in the outer regions of the nebula5. Here we report an X-ray observation of the inner part of the nebula, where polarization can exceed 60% at the leading edge—approaching the theoretical limit of what can be produced by synchrotron emission. We infer that, in contrast with the case of the supernova remnant, the electrons in the pulsar wind nebula are accelerated with little or no turbulence in a highly uniform magnetic field.

Date: 2022
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