Usando dados de um satélite da NASA, o Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE), os astrônomos avistaram uma estrela que tinha uma superfície sólida sem atmosfera.
O estudo - uma colaboração internacional co-liderada por UCL cientistas - relataram uma assinatura na luz de raios X emitida por uma estrela morta altamente magnetizada chamada magnetizar. A equipe analisou a observação do magnetar 4U 0142+61 pelo IXPE. Está localizado a quase 13,000 anos-luz de distância da Terra, na constelação de Cassiopeia.
Esta foi a primeira vez polarizada Luz de raios X de um magnetar havia sido observado.
Ao analisar os dados, a equipe identificou uma proporção muito menor de luz polarizada do que a esperada se os raios X passassem pela atmosfera. A equipe também descobriu que, para partículas de luz com energias mais altas, o ângulo de polarização, ou “oscilação”, inverte exatamente 90 graus em comparação com a luz com energias mais baixas, conforme previsto por modelos teóricos para estrelas com crostas sólidas rodeadas por magnetosferas que estão cheios de correntes elétricas.
A coautora principal, Professora Silvia Zane (UCL Mullard Space Science Laboratory), membro da equipe científica do IXPE, disse: “Isso foi completamente inesperado. Eu estava convencido de que haveria uma atmosfera. O gás da estrela atingiu um ponto crítico e tornou-se sólido de uma forma semelhante à que a água pode transformar-se em gelo. Isto é o resultado da força incrivelmente forte da estrela campo magnético. "
“Mas, tal como acontece com a água, a temperatura também é um factor – um gás mais quente exigirá um campo magnético mais forte para se tornar sólido.”
“O próximo passo é observar temperaturas mais quentes estrelas de nêutrons com um campo magnético semelhante, para investigar como a interação entre temperatura e campo magnético afeta as propriedades do superfície da estrela. "
O autor principal, Dr. Roberto Taverna, da Universidade de Pádua, disse: “A característica mais interessante que pudemos observar é a mudança na direção da polarização com a energia, com o ângulo de polarização oscilando exatamente 90 graus.”
“Isso está de acordo com o que os modelos teóricos prevêem e confirma que os magnetares são de fato dotados de campos magnéticos ultra-fortes. "
De acordo com a teoria quântica, um ambiente fortemente magnetizado faz com que a luz seja polarizada em duas direções: paralela ao campo magnético e perpendicular a ele. A quantidade e a direção da polarização observada fornecem informações que de outra forma não estariam disponíveis, deixando um rastro da estrutura do campo magnético e do estado físico do materiais na região da estrela de nêutrons.
Em altas energias, espera-se que os fótons polarizados perpendicularmente ao campo magnético dominem, resultando na oscilação de polarização observada de 90 graus.
O professor Roberto Turolla, da Universidade de Pádua, que também é professor honorário do Laboratório de Ciências Espaciais UCL Mullard, disse: “A polarização a baixas energias diz-nos que o campo magnético é provavelmente tão forte que transforma a atmosfera em torno da estrela num sólido ou num líquido, um fenómeno conhecido como condensação magnética.”
“Acredita-se que a crosta sólida da estrela seja composta por uma rede de íons, mantidos juntos pelo campo magnético. Os átomos não seriam esféricos, mas alongados na direção do campo magnético.”
“Ainda é um assunto de debate se os magnetares e outras estrelas de nêutrons têm atmosfera ou não. No entanto, o novo artigo é a primeira observação de uma estrela de neutrões onde uma crosta sólida é uma explicação fiável.”
Professor Jeremy Heyl da Universidade da Colúmbia Britânica (UBC) adicionado: “Também vale a pena notar que a inclusão de efeitos eletrodinâmicos quânticos, como fizemos em nossa modelagem teórica, dá resultados compatíveis com a observação do IXPE. No entanto, também estamos investigando modelos alternativos para explicar os dados do IXPE, para os quais ainda faltam simulações numéricas adequadas.”
Jornal de referência:
- Roberto Taverna et al. Raios X polarizados de um magnetar. Ciência 3 de novembro de 2022. DOI: 10.1126/science.add0080
