באמצעות נתונים מלוויין של נאס"א, ה-Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE), אסטרונומים הבחינו בכוכב בעל משטח מוצק ללא אטמוספרה.
המחקר- שיתוף פעולה בינלאומי בהובלת UCL מדענים- דיווחו על חתימה באור רנטגן הנפלט על ידי כוכב מת ממוגנט מאוד הנקרא מגנטי. הצוות בחן את התצפית של IXPE במגנטר 4U 0142+61. הוא ממוקם במרחק של כמעט 13,000 שנות אור מכדור הארץ בקבוצת הכוכבים קסיופיאה.
זו הייתה הפעם הראשונה בה קוטב אור רנטגן ממגנטר נצפו.
במהלך הסתכלות בנתונים, הצוות זיהה שיעור נמוך בהרבה של אור מקוטב מהצפוי אם קרני הרנטגן יעברו דרך האטמוספרה. הצוות גם גילה שעבור חלקיקי אור בעלי אנרגיות גבוהות יותר, זווית הקיטוב, או ה"התנופה", התהפכה ב-90 מעלות בדיוק בהשוואה לאור עם אנרגיות נמוכות יותר, כפי שחזו על ידי מודלים תיאורטיים לכוכבים עם קרום מוצקים המוקפים במגנטוספירות. מלאים בזרמים חשמליים.
הסופרת המובילה פרופסור סילביה זיין (UCL Mullard Science Laboratory), חברה בצוות המדע של IXPE, אמרה: "זה היה לגמרי לא צפוי. הייתי משוכנע שתהיה אווירה. הגז של הכוכב הגיע לנקודת מפנה והפך למוצק בצורה דומה שהמים עלולים להפוך לקרח. זו תוצאה של עוצמתו המדהימה של הכוכב השדה המגנטי".
"אבל, כמו עם מים, גם הטמפרטורה היא גורם - גז חם יותר ידרוש שדה מגנטי חזק יותר כדי להפוך למוצק."
"השלב הבא הוא להתבונן חם יותר כוכבי נויטרונים עם שדה מגנטי דומה, כדי לחקור כיצד יחסי הגומלין בין טמפרטורה לשדה מגנטי משפיעים על המאפיינים של פני השטח של הכוכב".
המחבר הראשי ד"ר רוברטו טברנה, מאוניברסיטת פדובה, אמר: "התכונה המרגשת ביותר שיכולנו לראות היא השינוי בכיוון הקיטוב עם אנרגיה, כאשר זווית הקיטוב מתנדנדת ב-90 מעלות בדיוק."
"זה תואם את מה שמודלים תיאורטיים חוזים ומאשר שמגנטרים אכן ניחנים בהם שדות מגנטיים חזקים במיוחד".
על פי תורת הקוונטים, סביבה ממוגנטת מאוד גורמת לקיטוב האור בשני כיוונים: במקביל לשדה המגנטי ומאונך לו. הכמות והכיוון של הקיטוב הנצפה מספקים מידע שאחרת לא היה זמין, ומשאירים עקבות של מבנה השדה המגנטי והמצב הפיזי של חומרים באזור כוכב הנייטרונים.
באנרגיות גבוהות, פוטונים המקוטבים בניצב לשדה המגנטי צפויים לשלוט, וכתוצאה מכך תנודת הקיטוב הנצפית של 90 מעלות.
פרופסור רוברטו טורולה, מאוניברסיטת פדובה, שהוא גם פרופסור לשם כבוד במעבדת מדעי החלל של UCL Mullard, אמר: "הקיטוב באנרגיות נמוכות אומר לנו שהשדה המגנטי ככל הנראה חזק כל כך כדי להפוך את האטמוספירה סביב הכוכב למוצק או לנוזל, תופעה המכונה עיבוי מגנטי."
"מחשבים שהקרום המוצק של הכוכב מורכב מסריג של יונים, המוחזק יחד על ידי השדה המגנטי. האטומים לא יהיו כדוריים אלא מוארכים בכיוון השדה המגנטי."
"זה עדיין נושא לוויכוח אם למגנטרים ולכוכבי נויטרונים אחרים יש או לא אטמוספרה. עם זאת, המאמר החדש הוא התצפית הראשונה על כוכב נויטרונים שבו קרום מוצק הוא הסבר אמין".
פרופסור ג'רמי הייל מאוניברסיטת קולומביה הבריטית (UBC) הוסיף: "ראוי גם לציין כי הכללת אפקטים של אלקטרודינמיקה קוונטית, כפי שעשינו במודל התיאורטי שלנו, נותן תוצאות תואמות לתצפית IXPE. עם זאת, אנו חוקרים גם מודלים חלופיים כדי להסביר את נתוני ה-IXPE, שעבורם עדיין חסרות סימולציות מספריות מתאימות".
עיון ביומן:
- רוברטו טברנה ואחרים. קרני רנטגן מקוטבות ממגנטר. מדע 3 בנובמבר 2022. DOI: 10.1126/science.add0080
