Χρησιμοποιώντας δεδομένα από έναν δορυφόρο της NASA, τον Imaging Ray X-ray Polarimetry Explorer (IXPE), οι αστρονόμοι εντόπισαν ένα αστέρι που είχε μια στερεή επιφάνεια χωρίς ατμόσφαιρα.
Η μελέτη- μια διεθνής συνεργασία με επικεφαλής τον UCL επιστήμονες- ανέφεραν μια υπογραφή στο φως ακτίνων Χ που εκπέμπεται από ένα εξαιρετικά μαγνητισμένο νεκρό αστέρι που ονομάζεται μαγνητάρι. Η ομάδα εξέτασε την παρατήρηση του IXPE του magnetar 4U 0142+61. Βρίσκεται σχεδόν 13,000 έτη φωτός μακριά από τη Γη στον αστερισμό της Κασσιόπης.
Αυτή ήταν η πρώτη φορά που πολώθηκε Φως ακτίνων Χ από μαγνητάρι είχε παρατηρηθεί.
Εξετάζοντας τα δεδομένα, η ομάδα εντόπισε πολύ μικρότερο ποσοστό πολωμένου φωτός από το αναμενόμενο εάν οι ακτίνες Χ περνούσαν μέσα από μια ατμόσφαιρα. Η ομάδα ανακάλυψε επίσης ότι για τα σωματίδια φωτός με υψηλότερες ενέργειες, η γωνία πόλωσης ή το «κουνάγισμα» ανατρέπεται ακριβώς κατά 90 μοίρες σε σύγκριση με το φως με χαμηλότερες ενέργειες, όπως προβλέπεται από τα θεωρητικά μοντέλα για αστέρια με στερεό φλοιό που περιβάλλεται από μαγνητόσφαιρες που γεμίζουν με ηλεκτρικά ρεύματα.
Η συν-επικεφαλής συγγραφέας Καθηγήτρια Silvia Zane (UCL Mullard Space Science Laboratory), μέλος της επιστημονικής ομάδας IXPE, είπε: «Αυτό ήταν εντελώς απροσδόκητο. Ήμουν πεπεισμένος ότι θα υπήρχε ατμόσφαιρα. Το αέριο του αστεριού έχει φτάσει σε οριακό σημείο και έχει γίνει στερεό με παρόμοιο τρόπο που το νερό μπορεί να μετατραπεί σε πάγο. Αυτό είναι αποτέλεσμα της απίστευτης ισχύος του αστεριού μαγνητικό πεδίο. "
«Όμως, όπως και με το νερό, η θερμοκρασία είναι επίσης ένας παράγοντας - ένα θερμότερο αέριο θα απαιτήσει ισχυρότερο μαγνητικό πεδίο για να γίνει στερεό».
«Ένα επόμενο βήμα είναι να παρατηρήσετε πιο ζεστά αστέρια νετρονίων με παρόμοιο μαγνητικό πεδίο, για να διερευνήσει πώς η αλληλεπίδραση μεταξύ θερμοκρασίας και μαγνητικού πεδίου επηρεάζει τις ιδιότητες του επιφάνεια του αστεριού. "
Ο επικεφαλής συγγραφέας Dr. Roberto Taverna, από το Πανεπιστήμιο της Πάδοβα, είπε: «Το πιο συναρπαστικό χαρακτηριστικό που μπορούσαμε να παρατηρήσουμε είναι η αλλαγή στην κατεύθυνση της πόλωσης με ενέργεια, με τη γωνία πόλωσης να ταλαντεύεται ακριβώς κατά 90 μοίρες».
«Αυτό συμφωνεί με αυτό που προβλέπουν τα θεωρητικά μοντέλα και επιβεβαιώνει ότι τα μαγνητάρια είναι πράγματι προικισμένα με εξαιρετικά ισχυρά μαγνητικά πεδία. "
Σύμφωνα με την κβαντική θεωρία, ένα έντονα μαγνητισμένο περιβάλλον προκαλεί την πόλωση του φωτός προς δύο κατευθύνσεις: παράλληλη προς το μαγνητικό πεδίο και κάθετη σε αυτό. Η ποσότητα και η κατεύθυνση της παρατηρούμενης πόλωσης παρέχουν πληροφορίες που διαφορετικά δεν θα ήταν διαθέσιμες, αφήνοντας ένα ίχνος της δομής του μαγνητικού πεδίου και της φυσικής κατάστασης του υλικά στην περιοχή του αστέρα νετρονίων.
Σε υψηλές ενέργειες, τα φωτόνια που πολώνονται κάθετα στο μαγνητικό πεδίο αναμένεται να κυριαρχούν, με αποτέλεσμα την παρατηρούμενη ταλάντευση πόλωσης 90 μοιρών.
Ο καθηγητής Roberto Turolla, από το Πανεπιστήμιο της Πάντοβα, ο οποίος είναι επίσης επίτιμος καθηγητής στο Εργαστήριο Διαστημικής Επιστήμης του UCL Mullard, δήλωσε: «Η πόλωση στις χαμηλές ενέργειες μας λέει ότι το μαγνητικό πεδίο είναι πιθανό να μετατρέψει την ατμόσφαιρα γύρω από το αστέρι σε στερεό ή υγρό, ένα φαινόμενο γνωστό ως μαγνητική συμπύκνωση».
«Ο στερεός φλοιός του αστεριού πιστεύεται ότι αποτελείται από ένα πλέγμα ιόντων, που συγκρατείται από το μαγνητικό πεδίο. Τα άτομα δεν θα ήταν σφαιρικά αλλά επιμήκη προς την κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου».
«Είναι ακόμα ένα θέμα συζήτησης εάν οι μαγνήτες και άλλα αστέρια νετρονίων έχουν ή όχι ατμόσφαιρες. Ωστόσο, το νέο έγγραφο είναι η πρώτη παρατήρηση ενός αστέρα νετρονίων όπου ένας στερεός φλοιός είναι μια αξιόπιστη εξήγηση».
Ο καθηγητής Jeremy Heyl του Πανεπιστημίου της Βρετανικής Κολομβίας (UBC) προστιθέμενη: «Αξίζει επίσης να σημειωθεί ότι η συμπερίληψη των φαινομένων κβαντικής ηλεκτροδυναμικής, όπως κάναμε στη θεωρητική μας μοντελοποίηση, δίνει αποτελέσματα συμβατά με την παρατήρηση IXPE. Ωστόσο, διερευνούμε επίσης εναλλακτικά μοντέλα για να εξηγήσουμε τα δεδομένα IXPE, για τα οποία εξακολουθούν να λείπουν οι κατάλληλες αριθμητικές προσομοιώσεις.»
Αναφορά στο περιοδικό:
- Ο Roberto Taverna et al. Πολωμένες ακτίνες Χ από μαγνητάρι. Επιστήμη 3 Νοεμβρίου 2022. DOI: 10.1126/science.add0080
