ด้วยการใช้ข้อมูลจากดาวเทียม NASA Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE) นักดาราศาสตร์ค้นพบดาวฤกษ์ที่มีพื้นผิวแข็งโดยไม่มีชั้นบรรยากาศ
การศึกษานี้เป็นความร่วมมือระหว่างประเทศที่นำโดย ยูซีแอล นักวิทยาศาสตร์รายงานลายเซ็นในแสงรังสีเอกซ์ที่ปล่อยออกมาจากดาวตายที่มีแม่เหล็กแรงสูงที่เรียกว่าก แมกนีตาร์. ทีมงานได้ศึกษาการสังเกตการณ์แมกนีตาร์ 4U 0142+61 ของ IXPE อยู่ห่างจากโลกเกือบ 13,000 ปีแสงในกลุ่มดาวแคสสิโอเปีย
นี่เป็นครั้งแรกที่โพลาไรซ์ แสงเอ็กซ์เรย์จากแมกนีตาร์ ได้รับการสังเกต
ในขณะที่ดูข้อมูล ทีมงานระบุสัดส่วนของแสงโพลาไรซ์ที่ต่ำกว่าที่คาดไว้มากหากรังสีเอกซ์ผ่านชั้นบรรยากาศ ทีมงานยังค้นพบว่าสำหรับอนุภาคแสงที่มีพลังงานสูงกว่า มุมของโพลาไรเซชันหรือ "กระดิก" จะพลิกกลับ 90 องศาพอดีเมื่อเปรียบเทียบกับแสงที่มีพลังงานต่ำกว่า ตามที่ทำนายไว้โดยแบบจำลองทางทฤษฎีสำหรับดาวฤกษ์ที่มีเปลือกแข็งล้อมรอบด้วยสนามแม่เหล็กที่ เต็มไปด้วยกระแสไฟฟ้า
ผู้เขียนร่วมศาสตราจารย์ Silvia Zane (UCL Mullard Space Science Laboratory) ซึ่งเป็นสมาชิกของทีมวิทยาศาสตร์ IXPE กล่าวว่า " “นี่เป็นสิ่งที่คาดไม่ถึงเลย ฉันมั่นใจว่าจะต้องมีบรรยากาศ ก๊าซของดาวฤกษ์ถึงจุดเปลี่ยนและแข็งตัวในลักษณะเดียวกับที่น้ำอาจกลายเป็นน้ำแข็ง ซึ่งเป็นผลมาจากความแข็งแกร่งอย่างไม่น่าเชื่อของดาวฤกษ์ สนามแม่เหล็ก".
“แต่เช่นเดียวกับน้ำ อุณหภูมิก็เป็นปัจจัยเช่นกัน ก๊าซที่ร้อนกว่าจะต้องใช้สนามแม่เหล็กที่แรงกว่าจึงจะกลายเป็นของแข็ง”
“ขั้นต่อไปคือการสังเกตความร้อนที่มากขึ้น ดาวนิวตรอน ด้วยสนามแม่เหล็กที่คล้ายกัน เพื่อตรวจสอบว่าการทำงานร่วมกันระหว่างอุณหภูมิและสนามแม่เหล็กส่งผลต่อคุณสมบัติของสนามแม่เหล็กอย่างไร พื้นผิวของดาว".
ผู้เขียนนำ ดร. Roberto Taverna จากมหาวิทยาลัย Padova กล่าวว่า: “คุณลักษณะที่น่าตื่นเต้นที่สุดที่เราสังเกตได้คือการเปลี่ยนแปลงทิศทางโพลาไรเซชันด้วยพลังงาน โดยมุมโพลาไรเซชันแกว่งไป 90 องศาพอดี”
“สิ่งนี้สอดคล้องกับสิ่งที่แบบจำลองทางทฤษฎีทำนายและยืนยันว่ามีแม่เหล็กเกิดขึ้นจริง สนามแม่เหล็กแรงสูงเป็นพิเศษ".
ตามทฤษฎีควอนตัม สภาพแวดล้อมที่มีแม่เหล็กแรงสูงจะทำให้แสงมีขั้วในสองทิศทาง: ขนานกับสนามแม่เหล็กและตั้งฉากกับสนามแม่เหล็ก ปริมาณและทิศทางของโพลาไรเซชันที่สังเกตได้ให้ข้อมูลที่ไม่สามารถหาได้จากที่อื่น โดยทิ้งร่องรอยของโครงสร้างสนามแม่เหล็กและสถานะทางกายภาพของ วัสดุในบริเวณดาวนิวตรอน.
ที่พลังงานสูง โฟตอนที่โพลาไรซ์ในแนวตั้งฉากกับสนามแม่เหล็กคาดว่าจะมีอิทธิพลเหนือ ส่งผลให้เกิดการแกว่งของโพลาไรเซชัน 90 องศาที่สังเกตได้
ศาสตราจารย์ Roberto Turolla จากมหาวิทยาลัยปาโดวา ซึ่งเป็นศาสตราจารย์กิตติมศักดิ์ของห้องปฏิบัติการวิทยาศาสตร์อวกาศ UCL Mullard กล่าวว่า " โพลาไรเซชันที่พลังงานต่ำกำลังบอกเราว่าสนามแม่เหล็กมีแนวโน้มที่จะเปลี่ยนบรรยากาศรอบดาวฤกษ์ให้กลายเป็นของแข็งหรือของเหลว ปรากฏการณ์ที่เรียกว่าการควบแน่นของแม่เหล็ก"
“เปลือกแข็งของดาวฤกษ์เชื่อกันว่าประกอบด้วยโครงตาข่ายไอออนที่ยึดติดกันด้วยสนามแม่เหล็ก อะตอมจะไม่เป็นทรงกลม แต่จะถูกยืดออกไปในทิศทางของสนามแม่เหล็ก”
“ยังคงเป็นประเด็นถกเถียงว่าแม่เหล็กและดาวนิวตรอนอื่นๆ มีชั้นบรรยากาศหรือไม่ อย่างไรก็ตาม บทความใหม่นี้เป็นการสังเกตการณ์ดาวนิวตรอนครั้งแรกซึ่งมีเปลือกแข็งเป็นคำอธิบายที่เชื่อถือได้”
ศาสตราจารย์ เจเรมี ไฮล์ แห่งมหาวิทยาลัยบริติชโคลัมเบีย (UBC) ที่เพิ่ม: “เป็นที่น่าสังเกตว่าการรวมผลกระทบทางไฟฟ้าพลศาสตร์ควอนตัม เช่นเดียวกับที่เราทำในการสร้างแบบจำลองทางทฤษฎีของเรา ให้ผลลัพธ์ที่เข้ากันได้กับการสังเกต IXPE อย่างไรก็ตาม เรากำลังตรวจสอบแบบจำลองทางเลือกเพื่ออธิบายข้อมูล IXPE ซึ่งยังขาดการจำลองเชิงตัวเลขที่เหมาะสม”
การอ้างอิงวารสาร:
- โรแบร์โต ทาเวอร์นา และคณะ การเอ็กซ์เรย์โพลาไรซ์จากแมกนีตาร์ วิทยาศาสตร์ 3 พ.ย. 2022 ดอย: 10.1126/science.add0080
