Utilizando datos de un satélite de la NASA, el Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE), los astrónomos detectaron una estrella que tenía una superficie sólida sin atmósfera.
El estudio, una colaboración internacional codirigida por UCL científicos- informaron sobre una firma en la luz de rayos X emitida por una estrella muerta altamente magnetizada llamada magnetizar. El equipo examinó la observación del magnetar 4U 0142+61 realizada por IXPE. Se encuentra a casi 13,000 años luz de la Tierra en la constelación de Casiopea.
Esta fue la primera vez polarizada. Luz de rayos X de un magnetar había sido observado.
Mientras analizaba los datos, el equipo identificó una proporción mucho menor de luz polarizada de lo esperado si los rayos X atravesaran la atmósfera. El equipo también descubrió que, para las partículas de luz con energías más altas, el ángulo de polarización, o "meneo", se invertía exactamente 90 grados en comparación con la luz con energías más bajas, como lo predijeron los modelos teóricos para estrellas con cortezas sólidas rodeadas por magnetosferas que están llenos de corrientes eléctricas.
La coautora principal, la profesora Silvia Zane (Laboratorio de Ciencias Espaciales Mullard de la UCL), miembro del equipo científico de IXPE, dijo: “Esto fue completamente inesperado. Estaba convencido de que habría una atmósfera. El gas de la estrella ha alcanzado un punto de inflexión y se solidifica de forma similar a como el agua podría convertirse en hielo. Este es el resultado de la increíblemente fuerte campo magnético."
"Pero, al igual que con el agua, la temperatura también es un factor: un gas más caliente necesitará un campo magnético más fuerte para volverse sólido".
“El siguiente paso es observar temperaturas más cálidas. estrellas de neutrones con un campo magnético similar, para investigar cómo la interacción entre la temperatura y el campo magnético afecta las propiedades del superficie de la estrella."
El autor principal, el Dr. Roberto Taverna, de la Universidad de Padua, dijo: "La característica más interesante que pudimos observar es el cambio en la dirección de polarización con la energía, con el ángulo de polarización oscilando exactamente 90 grados".
“Esto concuerda con lo que predicen los modelos teóricos y confirma que los magnetares están efectivamente dotados de campos magnéticos ultrafuertes."
Según la teoría cuántica, un entorno fuertemente magnetizado hace que la luz se polarice en dos direcciones: paralela al campo magnético y perpendicular a él. La cantidad y dirección de la polarización observada proporcionan información que de otro modo no estaría disponible, dejando un rastro de la estructura del campo magnético y el estado físico de Materiales en la región de la estrella de neutrones..
A altas energías, se espera que dominen los fotones polarizados perpendicularmente al campo magnético, lo que da como resultado la oscilación de polarización de 90 grados observada.
El profesor Roberto Turolla, de la Universidad de Padua, que también es profesor honorario en el Laboratorio de Ciencias Espaciales Mullard de la UCL, dijo: "La polarización a bajas energías nos dice que es probable que el campo magnético sea tan fuerte como para convertir la atmósfera alrededor de la estrella en un sólido o líquido, un fenómeno conocido como condensación magnética".
“Se cree que la corteza sólida de la estrella está compuesta por una red de iones, mantenidos unidos por el campo magnético. Los átomos no serían esféricos sino alargados en la dirección del campo magnético”.
“Todavía es un tema de debate si los magnetares y otras estrellas de neutrones tienen atmósfera o no. Sin embargo, el nuevo artículo es la primera observación de una estrella de neutrones para la que una corteza sólida es una explicación fiable”.
Profesor Jeremy Heyl de la Universidad de Columbia Británica (UBC) adicional: “También vale la pena señalar que incluir los efectos de la electrodinámica cuántica, como hicimos en nuestro modelado teórico, da resultados compatibles con la observación IXPE. Sin embargo, también estamos investigando modelos alternativos para explicar los datos del IXPE, para los cuales aún faltan simulaciones numéricas adecuadas”.
Referencia de la revista:
- Roberto Taverna et al. Rayos X polarizados de un magnetar. Ciencia: 3 de noviembre de 2022. DOI: 10.1126/ciencia.add0080
