Ved å bruke data fra en NASA-satellitt, Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE), oppdaget astronomer en stjerne som hadde en solid overflate uten atmosfære.
Studien- et internasjonalt samarbeid ledet av UCL forskere - rapporterte en signatur i røntgenlyset som sendes ut av en sterkt magnetisert død stjerne kalt en magnetar. Teamet så på IXPEs observasjon av magnetar 4U 0142+61. Den ligger nesten 13,000 XNUMX lysår unna jorden i stjernebildet Cassiopeia.
Dette var første gang polarisert Røntgenlys fra en magnetar hadde blitt observert.
Mens de så gjennom dataene, identifiserte teamet en mye lavere andel polarisert lys enn forventet hvis røntgenstrålene passerte gjennom en atmosfære. Teamet oppdaget også at for lyspartikler med høyere energier, snudde polarisasjonsvinkelen eller "vrikken", nøyaktig 90 grader sammenlignet med lys med lavere energier, som forutsagt av teoretiske modeller for stjerner med solid skorpe omkranset av magnetosfærer som er fylt med elektriske strømmer.
Medforfatter professor Silvia Zane (UCL Mullard Space Science Laboratory), et medlem av IXPEs vitenskapsteam, sa: – Dette var helt uventet. Jeg var overbevist om at det ville være en atmosfære. Stjernens gass har nådd et vippepunkt og blitt fast på en lignende måte som vann kan bli til is. Dette er et resultat av stjernens utrolig sterke magnetfelt».
"Men, som med vann, er temperaturen også en faktor - en varmere gass vil kreve et sterkere magnetfelt for å bli solid."
«Et neste skritt er å observere varmere nøytronstjerner med et lignende magnetfelt, for å undersøke hvordan samspillet mellom temperatur og magnetfelt påvirker egenskapene til stjernens overflate».
Hovedforfatter Dr. Roberto Taverna, fra University of Padova, sa: "Det mest spennende vi kunne observere er endringen i polarisasjonsretningen med energi, med polarisasjonsvinkelen som svinger med nøyaktig 90 grader."
"Dette stemmer overens med det teoretiske modeller forutsier og bekrefter at magnetarer faktisk er utstyrt med ultrasterke magnetiske felt».
I følge kvanteteorien fører et sterkt magnetisert miljø til at lys polariseres i to retninger: parallelt med magnetfeltet og vinkelrett på det. Mengden og retningen av den observerte polarisasjonen gir informasjon som ellers ikke ville vært tilgjengelig, og etterlater spor av magnetfeltstrukturen og den fysiske tilstanden til materialer i området til nøytronstjernen.
Ved høye energier forventes fotoner som er polarisert vinkelrett på magnetfeltet å dominere, noe som resulterer i den observerte 90-graders polarisasjonssvingningen.
Professor Roberto Turolla, fra University of Padova, som også er æresprofessor ved UCL Mullard Space Science Laboratory, sa: "Polarisasjonen ved lave energier forteller oss at magnetfeltet sannsynligvis er så sterkt at det gjør atmosfæren rundt stjernen til et fast stoff eller en væske, et fenomen kjent som magnetisk kondensasjon."
«Stjernens faste skorpe antas å være sammensatt av et gitter av ioner, holdt sammen av magnetfeltet. Atomene ville ikke være sfæriske, men forlenget i retning av magnetfeltet."
"Det er fortsatt et tema for debatt om magnetarer og andre nøytronstjerner har atmosfære eller ikke. Imidlertid er det nye papiret den første observasjonen av en nøytronstjerne der en solid skorpe er en pålitelig forklaring."
Professor Jeremy Heyl ved University of British Columbia (UBC) la til: "Det er også verdt å merke seg at å inkludere kvanteelektrodynamiske effekter, slik vi gjorde i vår teoretiske modellering, gir resultater som er kompatible med IXPE-observasjonen. Ikke desto mindre undersøker vi også alternative modeller for å forklare IXPE-dataene, som det fortsatt mangler riktige numeriske simuleringer for.»
Tidsreferanse:
- Roberto Taverna et al. Polariserte røntgenstråler fra en magnetar. Vitenskap 3. november 2022. DOI: 10.1126/science.add0080
