Med hjälp av data från en NASA-satellit, Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE), upptäckte astronomer en stjärna som hade en solid yta utan atmosfär.
Studien- ett internationellt samarbete som leds av UCL forskare - rapporterade en signatur i röntgenljuset som sänds ut av en starkt magnetiserad död stjärna som kallas en magnetar. Teamet tittade på IXPEs observation av magnetar 4U 0142+61. Den ligger nästan 13,000 XNUMX ljusår bort från jorden i konstellationen Cassiopeia.
Detta var första gången polariserad Röntgenljus från en magnetar hade observerats.
Medan de tittade igenom data identifierade teamet en mycket lägre andel polariserat ljus än förväntat om röntgenstrålningen passerade genom en atmosfär. Teamet upptäckte också att för ljuspartiklar med högre energi, vände polarisationsvinkeln eller "vickningen" med exakt 90 grader jämfört med ljus med lägre energier, vilket förutspåtts av teoretiska modeller för stjärnor med solid skorpa omgiven av magnetosfärer. är fyllda med elektriska strömmar.
Medförfattare professor Silvia Zane (UCL Mullard Space Science Laboratory), en medlem av IXPEs vetenskapsteam, sa: – Det här var helt oväntat. Jag var övertygad om att det skulle bli en atmosfär. Stjärnans gas har nått en tipppunkt och blivit fast på ett liknande sätt som vatten kan förvandlas till is. Detta är ett resultat av stjärnans otroligt starka Magnetfältet. "
"Men, precis som med vatten, är temperaturen också en faktor - en varmare gas kommer att kräva ett starkare magnetfält för att bli fast."
"Nästa steg är att observera varmare neutronstjärnor med ett liknande magnetfält, för att undersöka hur samspelet mellan temperatur och magnetfält påverkar egenskaperna hos den stjärnans yta. "
Huvudförfattaren Dr. Roberto Taverna, från University of Padova, sa: "Det mest spännande vi kunde observera är förändringen i polarisationsriktningen med energi, med polarisationsvinkeln som svänger med exakt 90 grader."
"Detta överensstämmer med vad teoretiska modeller förutspår och bekräftar att magnetarer verkligen är utrustade med ultrastarka magnetfält. "
Enligt kvantteorin gör en starkt magnetiserad miljö att ljuset polariseras i två riktningar: parallellt med magnetfältet och vinkelrätt mot det. Mängden och riktningen av den observerade polarisationen ger information som annars inte skulle vara tillgänglig, vilket lämnar ett spår av magnetfältets struktur och det fysiska tillståndet hos material i området för neutronstjärnan.
Vid höga energier förväntas fotoner som är polariserade vinkelrätt mot magnetfältet dominera, vilket resulterar i den observerade 90-graders polarisationssvängningen.
Professor Roberto Turolla, från University of Padova, som också är hedersprofessor vid UCL Mullard Space Science Laboratory, sa: "Polariseringen vid låga energier talar om för oss att magnetfältet sannolikt är så starkt att atmosfären runt stjärnan förvandlas till en fast eller vätska, ett fenomen som kallas magnetisk kondensation."
"Stjärnans fasta skorpa tros vara sammansatt av ett gitter av joner som hålls samman av magnetfältet. Atomerna skulle inte vara sfäriska utan långsträckta i magnetfältets riktning."
"Det är fortfarande föremål för debatt om magnetarer och andra neutronstjärnor har atmosfärer eller inte. Men det nya papperet är den första observationen av en neutronstjärna där en fast skorpa är en tillförlitlig förklaring."
Professor Jeremy Heyl vid University of British Columbia (UBC) lagt till: "Det är också värt att notera att inkludering av kvantelektrodynamiska effekter, som vi gjorde i vår teoretiska modellering, ger resultat som är kompatibla med IXPE-observationen. Ändå undersöker vi också alternativa modeller för att förklara IXPE-data, för vilka korrekta numeriska simuleringar fortfarande saknas."
Tidskriftsreferens:
- Roberto Taverna et al. Polariserad röntgenstrålning från en magnetar. Vetenskap 3 november 2022. DOI: 10.1126/science.add0080
