Anhand der Daten eines NASA-Satelliten, des Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE), entdeckten Astronomen einen Stern, der eine feste Oberfläche ohne Atmosphäre hatte.
Die Studie – eine internationale Zusammenarbeit unter der gemeinsamen Leitung von UCL Wissenschaftler berichteten über eine Signatur im Röntgenlicht, das von einem stark magnetisierten toten Stern namens a emittiert wird Magnetar. Das Team untersuchte die IXPE-Beobachtung des Magnetars 4U 0142+61. Er befindet sich fast 13,000 Lichtjahre von der Erde entfernt im Sternbild Kassiopeia.
Dies war das erste Mal, dass polarisiert wurde Röntgenlicht eines Magnetars beobachtet worden war.
Bei der Durchsicht der Daten stellte das Team einen viel geringeren Anteil an polarisiertem Licht fest als erwartet, wenn die Röntgenstrahlen eine Atmosphäre durchquerten. Das Team entdeckte außerdem, dass sich bei Lichtteilchen mit höheren Energien der Polarisationswinkel oder das „Wackeln“ im Vergleich zu Licht mit niedrigeren Energien um genau 90 Grad dreht, wie es theoretische Modelle für Sterne mit festen Krusten, die von Magnetosphären umgeben sind, vorhergesagt haben sind mit elektrischen Strömen gefüllt.
Co-Hauptautorin Professor Silvia Zane (UCL Mullard Space Science Laboratory), ein Mitglied des IXPE-Wissenschaftsteams, sagte: „Das war völlig unerwartet. Ich war überzeugt, dass es eine Atmosphäre geben würde. Das Gas des Sterns hat einen Wendepunkt erreicht und ist auf ähnliche Weise fest geworden, wie Wasser zu Eis werden könnte. Dies ist auf die unglaubliche Stärke des Sterns zurückzuführen magnetisches Feld"
„Aber wie bei Wasser spielt auch die Temperatur eine Rolle – ein heißeres Gas benötigt ein stärkeres Magnetfeld, um fest zu werden.“
„Ein nächster Schritt besteht darin, heißere Temperaturen zu beobachten Neutronensterne mit einem ähnlichen Magnetfeld, um zu untersuchen, wie sich das Zusammenspiel zwischen Temperatur und Magnetfeld auf die Eigenschaften des Magnetfelds auswirkt Sternoberfläche"
Der Hauptautor Dr. Roberto Taverna von der Universität Padua sagte: „Das aufregendste Merkmal, das wir beobachten konnten, ist die Änderung der Polarisationsrichtung mit der Energie, wobei der Polarisationswinkel um genau 90 Grad schwingt.“
„Dies stimmt mit den Vorhersagen theoretischer Modelle überein und bestätigt, dass Magnetare tatsächlich mit solchen ausgestattet sind ultrastarke Magnetfelder"
Laut Quantentheorie führt eine stark magnetisierte Umgebung dazu, dass Licht in zwei Richtungen polarisiert wird: parallel zum Magnetfeld und senkrecht dazu. Der Betrag und die Richtung der beobachteten Polarisation liefern Informationen, die andernfalls nicht verfügbar wären, und hinterlassen eine Spur der Magnetfeldstruktur und des physikalischen Zustands von Materialien im Bereich des Neutronensterns.
Bei hohen Energien wird erwartet, dass senkrecht zum Magnetfeld polarisierte Photonen dominieren, was zu dem beobachteten 90-Grad-Polarisationsschwung führt.
Professor Roberto Turolla von der Universität Padua, der auch Honorarprofessor am UCL Mullard Space Science Laboratory ist, sagte: „Die Polarisation bei niedrigen Energien sagt uns, dass das Magnetfeld wahrscheinlich so stark ist, dass es die Atmosphäre um den Stern in einen Feststoff oder eine Flüssigkeit umwandelt, ein Phänomen, das als magnetische Kondensation bekannt ist.“
„Es wird angenommen, dass die feste Kruste des Sterns aus einem Ionengitter besteht, das durch das Magnetfeld zusammengehalten wird. Die Atome wären nicht kugelförmig, sondern in Richtung des Magnetfelds länglich.“
„Es ist immer noch umstritten, ob Magnetare und andere Neutronensterne Atmosphären haben oder nicht. Allerdings handelt es sich bei der neuen Arbeit um die erste Beobachtung eines Neutronensterns, für den eine feste Kruste eine verlässliche Erklärung darstellt.“
Professor Jeremy Heyl von der University of British Columbia (UBC) hinzugefügt: „Es ist auch erwähnenswert, dass die Einbeziehung quantenelektrodynamischer Effekte, wie wir es in unserer theoretischen Modellierung getan haben, Ergebnisse liefert, die mit der IXPE-Beobachtung kompatibel sind. Dennoch untersuchen wir auch alternative Modelle zur Erklärung der IXPE-Daten, für die es noch keine geeigneten numerischen Simulationen gibt.“
Journal Referenz:
- Roberto Taverna et al. Polarisierte Röntgenstrahlen eines Magnetars. Wissenschaft 3. November 2022. DOI: 10.1126/science.add0080
