Sử dụng dữ liệu từ vệ tinh NASA, Máy thám hiểm phân cực tia X hình ảnh (IXPE), các nhà thiên văn học đã phát hiện ra một ngôi sao có bề mặt rắn không có bầu khí quyển.
Nghiên cứu- một sự hợp tác quốc tế được đồng chủ trì bởi UCL các nhà khoa học- đã báo cáo một dấu hiệu trong ánh sáng tia X phát ra từ một ngôi sao chết có từ tính cao gọi là nam châm. Nhóm nghiên cứu đã xem xét quan sát của IXPE về sao từ 4U 0142+61. Nó nằm cách Trái đất gần 13,000 năm ánh sáng trong chòm sao Cassiopeia.
Đây là lần đầu tiên phân cực Ánh sáng tia X từ một nam châm đã được quan sát.
Trong khi xem xét dữ liệu, nhóm nghiên cứu đã xác định được tỷ lệ ánh sáng phân cực thấp hơn nhiều so với dự kiến nếu tia X truyền qua bầu khí quyển. Nhóm nghiên cứu cũng phát hiện ra rằng đối với các hạt ánh sáng có năng lượng cao hơn, góc phân cực hay “sự lắc lư” bị đảo ngược chính xác 90 độ so với ánh sáng có năng lượng thấp hơn, như dự đoán của các mô hình lý thuyết cho các ngôi sao có lớp vỏ rắn được bao quanh bởi các từ quyển. chứa đầy dòng điện.
Đồng tác giả Giáo sư Silvia Zane (Phòng thí nghiệm Khoa học Vũ trụ UCL Mullard), thành viên của nhóm khoa học IXPE, cho biết: “Điều này hoàn toàn bất ngờ. Tôi tin chắc rằng sẽ có một bầu không khí. Khí của ngôi sao đã đạt đến điểm bùng phát và trở nên rắn chắc theo cách tương tự như nước có thể biến thành băng. Đây là kết quả của sức mạnh vô cùng mạnh mẽ của ngôi sao từ trường".
“Nhưng, giống như nước, nhiệt độ cũng là một yếu tố – chất khí nóng hơn sẽ cần từ trường mạnh hơn để trở thành chất rắn”.
“Bước tiếp theo là quan sát nóng hơn sao neutron với một từ trường tương tự, để nghiên cứu sự tương tác giữa nhiệt độ và từ trường ảnh hưởng đến các tính chất của bề mặt của ngôi sao".
Tác giả chính, Tiến sĩ Roberto Taverna, từ Đại học Padova, cho biết: “Đặc điểm thú vị nhất mà chúng tôi có thể quan sát được là sự thay đổi hướng phân cực theo năng lượng, với góc phân cực dao động chính xác 90 độ.”
“Điều này phù hợp với những gì các mô hình lý thuyết dự đoán và xác nhận rằng nam châm thực sự có khả năng từ trường cực mạnh".
Theo lý thuyết lượng tử, môi trường từ hóa mạnh làm cho ánh sáng bị phân cực theo hai hướng: song song với từ trường và vuông góc với từ trường. Lượng và hướng của sự phân cực quan sát được cung cấp thông tin mà nếu không thì sẽ không có được, để lại dấu vết về cấu trúc từ trường và trạng thái vật lý của vật chất trong vùng của sao neutron.
Ở mức năng lượng cao, các photon phân cực vuông góc với từ trường được cho là sẽ chiếm ưu thế, dẫn đến sự dao động phân cực 90 độ quan sát được.
Giáo sư Roberto Turolla, từ Đại học Padova, đồng thời là giáo sư danh dự tại Phòng thí nghiệm Khoa học Vũ trụ UCL Mullard, cho biết: “Sự phân cực ở năng lượng thấp cho chúng ta biết rằng từ trường có khả năng mạnh đến mức biến bầu khí quyển xung quanh ngôi sao thành chất rắn hoặc chất lỏng, một hiện tượng được gọi là ngưng tụ từ tính.”
“Lớp vỏ rắn của ngôi sao được cho là bao gồm một mạng lưới các ion, được giữ với nhau bởi từ trường. Các nguyên tử sẽ không có dạng hình cầu mà kéo dài theo hướng của từ trường.”
“Vẫn còn là chủ đề tranh luận về việc liệu nam châm và các sao neutron khác có khí quyển hay không. Tuy nhiên, bài báo mới là quan sát đầu tiên về sao neutron trong đó lớp vỏ rắn là lời giải thích đáng tin cậy.”
Giáo sư Jeremy Heyl của Đại học British Columbia (UBC) thêm: “Cũng cần lưu ý rằng việc bao gồm các hiệu ứng điện động lực học lượng tử, như chúng tôi đã làm trong mô hình lý thuyết của mình, sẽ mang lại kết quả tương thích với quan sát IXPE. Tuy nhiên, chúng tôi cũng đang nghiên cứu các mô hình thay thế để giải thích dữ liệu IXPE mà vẫn còn thiếu các mô phỏng số thích hợp.”
Tạp chí tham khảo:
- Roberto Taverna và cộng sự. Tia X phân cực từ một nam châm. Khoa học Ngày 3 tháng 2022 năm XNUMX. DOI: 10.1126 / science.add0080
