À l’aide des données d’un satellite de la NASA, l’Explorateur de polarimétrie à rayons X (IXPE), les astronomes ont repéré une étoile dotée d’une surface solide sans atmosphère.
L'étude - une collaboration internationale co-dirigée par UCL scientifiques- ont signalé une signature dans la lumière des rayons X émise par une étoile morte hautement magnétisée appelée magnétar. L’équipe a examiné l’observation par IXPE du magnétar 4U 0142+61. Elle est située à près de 13,000 XNUMX années-lumière de la Terre, dans la constellation de Cassiopée.
C'était la première fois polarisée Lumière à rayons X d'un magnétar avait été observé.
En examinant les données, l’équipe a identifié une proportion de lumière polarisée bien inférieure à celle attendue si les rayons X traversaient une atmosphère. L'équipe a également découvert que pour les particules lumineuses ayant des énergies plus élevées, l'angle de polarisation, ou « wiggle », était inversé d'exactement 90 degrés par rapport à la lumière ayant des énergies plus faibles, comme le prédisent les modèles théoriques pour les étoiles avec des croûtes solides entourées de magnétosphères qui sont remplis de courants électriques.
Le professeur Silvia Zane (UCL Mullard Space Science Laboratory), co-auteur principal et membre de l'équipe scientifique IXPE, a déclaré : «C'était complètement inattendu. J'étais convaincu qu'il y aurait une ambiance. Le gaz de l’étoile a atteint un point de basculement et est devenu solide de la même manière que l’eau pourrait se transformer en glace. C’est le résultat de la force incroyablement forte de la star. champ magnétique. »
"Mais, comme pour l'eau, la température est également un facteur : un gaz plus chaud aura besoin d'un champ magnétique plus puissant pour devenir solide."
"Une prochaine étape consiste à observer des températures plus chaudes étoiles à neutrons avec un champ magnétique similaire, pour étudier comment l'interaction entre la température et le champ magnétique affecte les propriétés du surface de l'étoile. »
L'auteur principal, le Dr Roberto Taverna, de l'Université de Padoue, a déclaré : "La caractéristique la plus intéressante que nous avons pu observer est le changement de direction de polarisation avec l'énergie, l'angle de polarisation oscillant d'exactement 90 degrés."
"Cela est en accord avec ce que prédisent les modèles théoriques et confirme que les magnétars sont effectivement dotés de champs magnétiques ultra-puissants. »
Selon la théorie quantique, un environnement fortement magnétisé provoque la polarisation de la lumière dans deux directions : parallèle au champ magnétique et perpendiculaire à celui-ci. La quantité et la direction de la polarisation observée fournissent des informations qui ne seraient pas disponibles autrement, laissant une trace de la structure du champ magnétique et de l'état physique de l'objet. matériaux dans la région de l’étoile à neutrons.
Aux hautes énergies, les photons polarisés perpendiculairement au champ magnétique devraient dominer, ce qui entraînera l'oscillation de polarisation de 90 degrés observée.
Le professeur Roberto Turolla, de l'Université de Padoue, qui est également professeur honoraire au Laboratoire des sciences spatiales UCL Mullard, a déclaré : "La polarisation aux basses énergies nous indique que le champ magnétique est probablement si puissant qu'il transforme l'atmosphère autour de l'étoile en un solide ou un liquide, un phénomène connu sous le nom de condensation magnétique."
« On pense que la croûte solide de l’étoile est composée d’un réseau d’ions maintenus ensemble par le champ magnétique. Les atomes ne seraient pas sphériques mais allongés dans la direction du champ magnétique.
« La question de savoir si les magnétars et autres étoiles à neutrons ont ou non une atmosphère reste un sujet de débat. Cependant, le nouvel article constitue la première observation d’une étoile à neutrons pour laquelle une croûte solide constitue une explication fiable.
Professeur Jeremy Heyl de l'Université de la Colombie-Britannique (UBC) ajoutée: « Il convient également de noter que l’inclusion des effets de l’électrodynamique quantique, comme nous l’avons fait dans notre modélisation théorique, donne des résultats compatibles avec l’observation IXPE. Néanmoins, nous étudions également des modèles alternatifs pour expliquer les données IXPE, pour lesquels des simulations numériques appropriées font encore défaut.
Journal de référence:
- Roberto Taverna et coll. Rayons X polarisés d'un magnétar. Sciences 3 novembre 2022. DOI : 10.1126/science.add0080
