Met behulp van gegevens van een NASA-satelliet, de Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE), ontdekten astronomen een ster met een vast oppervlak zonder atmosfeer.
De studie is een internationale samenwerking, mede geleid door UCL Wetenschappers hebben een signatuur gerapporteerd in het röntgenlicht dat wordt uitgezonden door een sterk gemagnetiseerde dode ster, genaamd a magnetisch. Het team keek naar IXPE’s observatie van magnetar 4U 0142+61. Het bevindt zich op bijna 13,000 lichtjaar afstand van de aarde in het sterrenbeeld Cassiopeia.
Dit was de eerste keer dat er sprake was van polarisering Röntgenlicht van een magnetar was waargenomen.
Terwijl ze de gegevens doorzochten, identificeerde het team een veel lager aandeel gepolariseerd licht dan verwacht als de röntgenstralen door een atmosfeer zouden gaan. Het team ontdekte ook dat voor lichtdeeltjes met hogere energieën de polarisatiehoek, of het ‘wiebelen’, precies 90 graden omdraaide in vergelijking met licht met lagere energieën, zoals voorspeld door theoretische modellen voor sterren met een vaste korst omringd door magnetosferen die zijn gevuld met elektrische stromen.
Co-hoofdauteur professor Silvia Zane (UCL Mullard Space Science Laboratory), lid van het IXPE-wetenschapsteam, zei: “Dit kwam totaal onverwacht. Ik was ervan overtuigd dat er een sfeer zou zijn. Het gas van de ster heeft een omslagpunt bereikt en is vast geworden, net zoals water in ijs kan veranderen. Dit is het resultaat van de ongelooflijk sterke ster magnetisch veld. '
“Maar net als bij water speelt ook de temperatuur een rol: een heter gas heeft een sterker magnetisch veld nodig om vast te worden.”
“Een volgende stap is om heter te observeren neutronensterren met een soortgelijk magnetisch veld, om te onderzoeken hoe de wisselwerking tussen temperatuur en magnetisch veld de eigenschappen van de het oppervlak van de ster. '
Hoofdauteur Dr. Roberto Taverna, van de Universiteit van Padua, zei: "Het meest opwindende kenmerk dat we konden waarnemen is de verandering in de polarisatierichting met energie, waarbij de polarisatiehoek precies 90 graden schommelt."
“Dit komt overeen met wat theoretische modellen voorspellen en bevestigt dat magnetars inderdaad over deze eigenschappen beschikken ultrasterke magnetische velden. '
Volgens de kwantumtheorie zorgt een sterk gemagnetiseerde omgeving ervoor dat licht in twee richtingen wordt gepolariseerd: parallel aan het magnetische veld en loodrecht daarop. De hoeveelheid en richting van de waargenomen polarisatie verschaffen informatie die anders niet beschikbaar zou zijn, waardoor een spoor achterblijft van de magnetische veldstructuur en de fysieke toestand van materialen in de regio van de neutronenster.
Bij hoge energieën wordt verwacht dat fotonen die loodrecht op het magnetische veld zijn gepolariseerd, zullen domineren, wat resulteert in de waargenomen polarisatiezwaai van 90 graden.
Professor Roberto Turolla van de Universiteit van Padua, die tevens ereprofessor is aan het UCL Mullard Space Science Laboratory, zei: “De polarisatie bij lage energieën vertelt ons dat het magnetische veld waarschijnlijk zo sterk is dat het de atmosfeer rond de ster in een vaste stof of een vloeistof verandert, een fenomeen dat bekend staat als magnetische condensatie.”
“Er wordt gedacht dat de vaste korst van de ster bestaat uit een rooster van ionen, bij elkaar gehouden door het magnetische veld. De atomen zouden niet bolvormig zijn, maar langwerpig in de richting van het magnetische veld.”
“Het is nog steeds een onderwerp van discussie of magnetars en andere neutronensterren al dan niet een atmosfeer hebben. Het nieuwe artikel is echter de eerste waarneming van een neutronenster waarbij een vaste korst een betrouwbare verklaring is.”
Professor Jeremy Heyl van de Universiteit van British Columbia (UBC) toegevoegd: “Het is ook vermeldenswaard dat het opnemen van kwantumelektrodynamische effecten, zoals we deden in onze theoretische modellering, resultaten oplevert die compatibel zijn met de IXPE-observatie. Niettemin onderzoeken we ook alternatieve modellen om de IXPE-gegevens te verklaren, waarvoor nog steeds goede numerieke simulaties ontbreken.”
Journal Reference:
- Roberto Taverna et al. Gepolariseerde röntgenstralen van een magnetar. Wetenschap 3 november 2022. DOI: 10.1126/wetenschap.add0080
