باستخدام بيانات من القمر الصناعي التابع لناسا، مستكشف قياس استقطاب الأشعة السينية (IXPE)، اكتشف علماء الفلك نجمًا له سطح صلب بدون غلاف جوي.
الدراسة - تعاون دولي شارك في قيادته UCL أعلن العلماء عن وجود توقيع في ضوء الأشعة السينية المنبعثة من نجم ميت ممغنط للغاية يسمى أ المغناطيسي. نظر الفريق في مراقبة IXPE للنجم المغناطيسي 4U 0142+61. تقع على بعد 13,000 سنة ضوئية تقريبًا من الأرض في كوكبة ذات الكرسي.
وكانت هذه هي المرة الأولى التي يتم فيها الاستقطاب ضوء الأشعة السينية من النجم المغناطيسي وقد لوحظ.
أثناء البحث في البيانات، حدد الفريق نسبة أقل بكثير من الضوء المستقطب عما كان متوقعًا إذا مرت الأشعة السينية عبر الغلاف الجوي. اكتشف الفريق أيضًا أنه بالنسبة لجسيمات الضوء ذات الطاقات الأعلى، فإن زاوية الاستقطاب، أو "التذبذب"، تنقلب بمقدار 90 درجة بالضبط مقارنة بالضوء ذي الطاقات المنخفضة، كما تنبأت النماذج النظرية للنجوم ذات القشور الصلبة المحاطة بأغلفة مغناطيسية. مليئة بالتيارات الكهربائية.
قالت البروفيسورة سيلفيا زين، المؤلفة الرئيسية المشاركة (مختبر UCL Mullard لعلوم الفضاء)، وعضو في فريق IXPE العلمي: "كان هذا غير متوقع على الإطلاق. كنت مقتنعا أنه سيكون هناك جو. وصل غاز النجم إلى نقطة التحول وأصبح صلبًا بطريقة مماثلة قد يتحول بها الماء إلى جليد. وهذا نتيجة لقوة النجم بشكل لا يصدق المجال المغنطيسي".
"ولكن، كما هو الحال مع الماء، تعد درجة الحرارة أيضًا عاملاً مهمًا، فالغاز الأكثر سخونة سيتطلب مجالًا مغناطيسيًا أقوى ليصبح صلبًا".
"الخطوة التالية هي المراقبة الأكثر سخونة النجوم النيوترونية مع مجال مغناطيسي مماثل، لدراسة كيفية تأثير التفاعل بين درجة الحرارة والمجال المغناطيسي على خصائص سطح النجم".
وقال المؤلف الرئيسي الدكتور روبرتو تافيرنا، من جامعة بادوفا: "إن الميزة الأكثر إثارة التي يمكننا ملاحظتها هي التغير في اتجاه الاستقطاب مع الطاقة، حيث تتأرجح زاوية الاستقطاب بمقدار 90 درجة بالضبط."
"وهذا يتفق مع ما تتنبأ به النماذج النظرية ويؤكد أن النجوم المغناطيسية تتمتع بالفعل بها مجالات مغناطيسية قوية جدًا".
وفقا لنظرية الكم، فإن البيئة الممغنطة بقوة تتسبب في استقطاب الضوء في اتجاهين: موازي للمجال المغناطيسي وعمودي عليه. توفر كمية واتجاه الاستقطاب المرصود معلومات لم تكن لتتوفر بطريقة أخرى، مما يترك أثرًا لبنية المجال المغناطيسي والحالة الفيزيائية للمغناطيس. المواد الموجودة في منطقة النجم النيوتروني.
في الطاقات العالية، من المتوقع أن تهيمن الفوتونات المستقطبة بشكل عمودي على المجال المغناطيسي، مما يؤدي إلى تأرجح الاستقطاب الملحوظ بمقدار 90 درجة.
وقال البروفيسور روبرتو تورولا، من جامعة بادوفا، وهو أيضًا أستاذ فخري في مختبر علوم الفضاء التابع لكلية لندن الجامعية مولارد: "يخبرنا الاستقطاب عند الطاقات المنخفضة أن المجال المغناطيسي من المحتمل أن يكون قويًا جدًا بحيث يحول الغلاف الجوي المحيط بالنجم إلى مادة صلبة أو سائلة، وهي ظاهرة تعرف باسم التكثيف المغناطيسي."
"يُعتقد أن القشرة الصلبة للنجم تتكون من شبكة من الأيونات، التي يتم ربطها معًا بواسطة المجال المغناطيسي. ولن تكون الذرات كروية، بل ممدودة في اتجاه المجال المغناطيسي.
"لا يزال موضوعًا للنقاش حول ما إذا كانت النجوم المغناطيسية والنجوم النيوترونية الأخرى لها غلاف جوي أم لا. ومع ذلك، فإن الورقة الجديدة هي أول ملاحظة لنجم نيوتروني حيث تكون القشرة الصلبة تفسيرًا موثوقًا به.
البروفيسور جيريمي هيل من جامعة كولومبيا البريطانية (UBC) وأضاف: "من الجدير بالذكر أيضًا أن تضمين تأثيرات الديناميكا الكهربائية الكمومية، كما فعلنا في نموذجنا النظري، يعطي نتائج متوافقة مع ملاحظة IXPE. ومع ذلك، فإننا ندرس أيضًا نماذج بديلة لشرح بيانات IXPE، والتي لا تزال عمليات المحاكاة الرقمية المناسبة غير متوفرة لها.
المرجع مجلة:
- روبرتو تافيرنا وآخرون. الأشعة السينية المستقطبة من النجم المغناطيسي. علوم 3 نوفمبر 2022. معرف الهوية الرقمي: 10.1126 / العلوم. add0080
