Ved hjælp af data fra en NASA-satellit, Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE), opdagede astronomer en stjerne, der havde en fast overflade uden atmosfære.
Undersøgelsen- et internationalt samarbejde ledet af UCL videnskabsmænd- rapporterede en signatur i røntgenlyset udsendt af en stærkt magnetiseret død stjerne kaldet en magnetar. Holdet så på IXPEs observation af magnetar 4U 0142+61. Det er placeret næsten 13,000 lysår væk fra Jorden i stjernebilledet Cassiopeia.
Dette var første gang polariseret Røntgenlys fra en magnetar var blevet observeret.
Mens de så gennem dataene, identificerede holdet en meget lavere andel af polariseret lys end forventet, hvis røntgenstrålerne passerede gennem en atmosfære. Holdet opdagede også, at for lyspartikler med højere energier vendte polarisationsvinklen eller "vrikken" med nøjagtigt 90 grader sammenlignet med lys med lavere energier, som forudsagt af teoretiske modeller for stjerner med faste skorper omkranset af magnetosfærer. er fyldt med elektriske strømme.
Medforfatter professor Silvia Zane (UCL Mullard Space Science Laboratory), et medlem af IXPEs videnskabsteam, sagde: "Dette var fuldstændig uventet. Jeg var overbevist om, at der ville være en stemning. Stjernens gas har nået et vendepunkt og er blevet fast på samme måde, som vand kan blive til is. Dette er et resultat af stjernens utrolig stærke magnetfeltet".
"Men ligesom med vand er temperaturen også en faktor - en varmere gas vil kræve et stærkere magnetfelt for at blive fast."
"Et næste skridt er at observere varmere neutronstjerner med et lignende magnetfelt, for at undersøge, hvordan samspillet mellem temperatur og magnetfelt påvirker egenskaberne af stjernens overflade".
Hovedforfatter Dr. Roberto Taverna, fra University of Padova, sagde: "Det mest spændende træk, vi kunne observere, er ændringen i polarisationsretningen med energi, hvor polarisationsvinklen svinger med nøjagtigt 90 grader."
"Dette stemmer overens med, hvad teoretiske modeller forudsiger og bekræfter, at magnetarer faktisk er udstyret med ultrastærke magnetfelter".
Ifølge kvanteteorien får et stærkt magnetiseret miljø lys til at blive polariseret i to retninger: parallelt med magnetfeltet og vinkelret på det. Mængden og retningen af den observerede polarisation giver information, som ellers ikke ville være tilgængelig, hvilket efterlader et spor af den magnetiske feltstruktur og den fysiske tilstand af materialer i området omkring neutronstjernen.
Ved høje energier forventes fotoner polariseret vinkelret på magnetfeltet at dominere, hvilket resulterer i det observerede 90-graders polarisationssving.
Professor Roberto Turolla, fra University of Padova, som også er æresprofessor ved UCL Mullard Space Science Laboratory, sagde: "Polariseringen ved lave energier fortæller os, at magnetfeltet sandsynligvis er så stærkt, at det gør atmosfæren omkring stjernen til et fast stof eller en væske, et fænomen kendt som magnetisk kondensation."
»Stjernens faste skorpe menes at være sammensat af et gitter af ioner, holdt sammen af magnetfeltet. Atomerne ville ikke være sfæriske, men forlængede i retning af magnetfeltet."
"Det er stadig et emne for debat, om magnetarer og andre neutronstjerner har atmosfære eller ej. Men det nye papir er den første observation af en neutronstjerne, hvor en fast skorpe er en pålidelig forklaring."
Professor Jeremy Heyl fra University of British Columbia (UBC) tilføjet: "Det er også værd at bemærke, at inkluderende kvanteelektrodynamiske effekter, som vi gjorde i vores teoretiske modellering, giver resultater, der er kompatible med IXPE-observationen. Ikke desto mindre undersøger vi også alternative modeller til at forklare IXPE-dataene, for hvilke der stadig mangler ordentlige numeriske simuleringer."
Journal Reference:
- Roberto Taverna et al. Polariserede røntgenstråler fra en magnetar. Videnskab 3. november 2022. DOI: 10.1126/science.add0080
