Згідно з новим дослідженням, рентгенівське світло, випромінюване певним магнетаром – сильно намагніченою мертвою зіркою – вказує на те, що зірка має тверду поверхню і не має атмосфери.
У дослідженні, опублікованому в журналі Science, використано дані супутника NASA Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE), щоб виявити, що сильно намагнічена мертва зірка, відома як магнетар, має тверду поверхню без атмосфери. Дослідження під керівництвом дослідників з Університету Падуї являє собою перше спостереження поляризованого рентгенівського світла від магнетара. Це був перший випадок, коли спостерігалося поляризоване рентгенівське світло від магнетара.
IXPE, спільний проект NASA та Італійського космічного агентства, дозволяє вченим досліджувати рентгенівське світло в космосі, вимірюючи його поляризацію – напрямок коливань світлових хвиль. Команда досліджувала магнетар 4U 0142+61, розташований у сузір’ї Кассіопеї приблизно за 13 000 світлових років від Землі.
Магнетари — це нейтронні зірки — дуже щільні залишки ядер масивних зірок, які вибухнули як наднові наприкінці свого життя. На відміну від інших нейтронних зірок, вони мають величезне магнітне поле – найпотужніше у Всесвіті. Вони випромінюють яскраве рентгенівське випромінювання та демонструють нестабільні періоди активності з випромінюванням спалахів і спалахів, які можуть вивільнити лише за одну секунду кількість енергії, яка в мільйони разів перевищує кількість енергії, яку випромінює наше Сонце за один рік. Вважається, що вони живляться завдяки своїм надпотужним магнітним полям, у 100-1000 разів сильнішим, ніж у звичайних нейтронних зірок.
Дослідницька група виявила набагато нижчу частку поляризованого світла, ніж можна було б очікувати, якби рентгенівські промені проходили через атмосферу. (Поляризоване світло — це світло, коли всі рухи відбуваються в одному напрямку, тобто електричні поля вібрують лише в один бік. Атмосфера діє як фільтр, вибираючи лише один стан поляризації світла.)
Команда також виявила, що для частинок світла з вищими енергіями кут поляризації – коливання – змінюється рівно на 90 градусів порівняно зі світлом з нижчими енергіями, дотримуючись того, що передбачили б теоретичні моделі, якби зірка мала тверду кору, оточену зовнішнім шаром. магнітосфера, наповнена електричними струмами.
Співавтор, професор Сільвія Зейн ( UCL Mullard Space Science Laboratory ), член наукової групи IXPE, сказала: «Це було абсолютно несподіваним. Я був переконаний, що буде атмосфера. Газ зірки досяг переломної точки і став твердим так, як вода може перетворитися на лід. Це результат неймовірно сильного магнітного поля зірки.
«Але, як і у випадку з водою, температура також є фактором — більш гарячий газ потребує більш сильного магнітного поля, щоб стати твердим.
«Наступним кроком є спостереження за більш гарячими нейтронними зірками з подібним магнітним полем, щоб дослідити, як взаємодія між температурою та магнітним полем впливає на властивості поверхні зірки».
Провідний автор доктор Роберто Таверна з Університету Падуї сказав: «Найбільш захоплююча особливість, яку ми могли спостерігати, — це зміна напрямку поляризації з енергією, коли кут поляризації коливається рівно на 90 градусів.
«Це узгоджується з тим, що передбачають теоретичні моделі, і підтверджує, що магнетари дійсно наділені надсильними магнітними полями».
Квантова теорія передбачає, що світло, що поширюється в сильно намагніченому середовищі, поляризується у двох напрямках, паралельному та перпендикулярному до магнітного поля. Величина та напрямок спостережуваної поляризації несуть відбиток структури магнітного поля та фізичного стану матерії в околицях нейтронної зірки , надаючи інформацію, недоступну інакше.
Очікується, що при високих енергіях домінують фотони (частинки світла), поляризовані перпендикулярно магнітному полю, що призведе до спостережуваного коливання поляризації на 90 градусів.
Професор Роберто Туролла з Університету Падуї, який також є почесним професором Лабораторії космічної науки UCL Mullard, сказав: «Поляризація при низьких енергіях говорить нам про те, що магнітне поле, ймовірно, настільки сильне, що обертає атмосферу навколо зірки. у тверде або рідке явище, відоме як магнітна конденсація».
Вважається, що тверда кора зірки складається з решітки іонів, які утримуються разом завдяки магнітному полю. Атоми були б не сферичними, а витягнутими в напрямку магнітного поля.
Досі залишається предметом дискусії про те, чи мають магнетари та інші нейтронні зірки атмосферу. Однак нова стаття є першим спостереженням нейтронної зірки, де тверда кора є надійним поясненням.
Професор Джеремі Хейл з Університету Британської Колумбії (UBC) додав: «Також варто зазначити, що включення ефектів квантової електродинаміки, як ми робили в нашому теоретичному моделюванні, дає результати, сумісні зі спостереженнями IXPE. Тим не менш, ми також досліджуємо альтернативні моделі для пояснення даних IXPE, для яких досі не вистачає належного чисельного моделювання».
