Το μαγνητισμένο νεκρό αστέρι πιθανότατα έχει στερεή επιφάνεια – ScienceDaily

Η μελέτη, που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Επιστήμη και με επικεφαλής ερευνητές στο Πανεπιστήμιο της Πάντοβα, χρησιμοποιεί δεδομένα από έναν δορυφόρο της NASA, τον Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE), ο οποίος εκτοξεύτηκε τον περασμένο Δεκέμβριο. Ο δορυφόρος, μια συνεργασία μεταξύ της NASA και της ιταλικής διαστημικής υπηρεσίας, παρέχει έναν νέο τρόπο εξέτασης των ακτίνων Χ στο διάστημα μετρώντας την πόλωση – την κατεύθυνση της ταλάντωσης των κυμάτων φωτός.

Η ομάδα εξέτασε την παρατήρηση του IXPE του magnetar 4U 0142+61, που βρίσκεται στον αστερισμό της Κασσιόπης, περίπου 13.000 έτη φωτός από τη Γη. Αυτή ήταν η πρώτη φορά που παρατηρήθηκε πολωμένο φως ακτίνων Χ από μαγνητάρι.

Οι μαγνήτες είναι αστέρια νετρονίων — πολύ πυκνοί υπολειμματικοί πυρήνες από τεράστια αστέρια που έχουν εκραγεί ως σουπερνόβα στο τέλος της ζωής τους. Σε αντίθεση με άλλα αστέρια νετρονίων, έχουν ένα τεράστιο μαγνητικό πεδίο – το πιο ισχυρό στο σύμπαν. Εκπέμπουν αιχμηρές ακτίνες Χ και παρουσιάζουν ασταθείς περιόδους δραστηριότητας, εκπέμποντας εκλάμψεις και εκλάμψεις που μπορούν να απελευθερώσουν σε μόλις ένα δευτερόλεπτο ποσότητα ενέργειας εκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από αυτή που εκπέμπει ο Ήλιος μας σε ένα χρόνο. Θεωρείται ότι τροφοδοτούνται από τα εξαιρετικά ισχυρά μαγνητικά τους πεδία, 100 έως 1000 φορές ισχυρότερα από τα τυπικά αστέρια νετρονίων.

Η ερευνητική ομάδα βρήκε πολύ μικρότερη αναλογία πολωμένου φωτός από ό,τι θα περίμενε αν οι ακτίνες Χ περνούσαν μέσα από μια ατμόσφαιρα. (Το πολωμένο φως είναι το φως στο οποίο η ταλάντευση είναι στην ίδια κατεύθυνση — δηλαδή, τα ηλεκτρικά πεδία δονούνται μόνο με έναν τρόπο. Μια ατμόσφαιρα λειτουργεί ως φίλτρο, επιλέγοντας μόνο μία κατάσταση πόλωσης για το φως.)

Η ομάδα διαπίστωσε επίσης ότι για τα σωματίδια φωτός σε υψηλότερες ενέργειες, η γωνία πόλωσης – η ταλάντευση – ανατρέπεται ακριβώς κατά 90 μοίρες σε σύγκριση με το φως στις χαμηλότερες ενέργειες, από το τι θα πρόβλεπαν τα θεωρητικά μοντέλα εάν το αστέρι είχε στερεό φλοιό που περιβάλλεται από μια εξωτερική μαγνητόσφαιρα γεμάτο με ηλεκτρικά ρεύματα.

Η συν-συγγραφέας Καθηγήτρια Silvia Zane (UCL Mullard Space Science Laboratory), μέλος της επιστημονικής ομάδας IXPE, είπε: “Αυτό ήταν εντελώς απροσδόκητο. Ήμουν πεπεισμένος ότι θα υπήρχε ατμόσφαιρα. Το αέριο του αστεριού έφτασε σε ένα σημείο καμπής και έγινε στερεό με παρόμοιο τρόπο όπως το νερό μπορεί να μετατραπεί σε πάγο Αυτό είναι αποτέλεσμα του απίστευτα ισχυρού μαγνητικού πεδίου του άστρου.

«Ωστόσο, όπως και με το νερό, η θερμοκρασία είναι επίσης ένας παράγοντας – ένα θερμότερο αέριο θα απαιτήσει ένα ισχυρότερο μαγνητικό πεδίο για να γίνει στερεό.

“Ένα επόμενο βήμα είναι να παρατηρήσουμε θερμότερα αστέρια νετρονίων με παρόμοιο μαγνητικό πεδίο, για να διερευνήσουμε πώς η αλληλεπίδραση μεταξύ θερμοκρασίας και μαγνητικού πεδίου επηρεάζει τις ιδιότητες της επιφάνειας του άστρου.”

Ο επικεφαλής συγγραφέας Dr Roberto Taverna, από το Πανεπιστήμιο της Πάντοβα, είπε: «Το πιο συναρπαστικό πράγμα που μπορούσαμε να παρατηρήσουμε είναι η αλλαγή στην κατεύθυνση της πόλωσης με την ενέργεια, με τη γωνία πόλωσης να κυμαίνεται ακριβώς κατά 90 μοίρες.

“Αυτό είναι σύμφωνο με αυτό που προβλέπουν τα θεωρητικά μοντέλα και επιβεβαιώνει ότι τα μαγνητάρια είναι πράγματι εξοπλισμένα με εξαιρετικά ισχυρά μαγνητικά πεδία.”

Η κβαντική θεωρία προβλέπει ότι το φως που διαδίδεται σε ένα έντονα μαγνητισμένο περιβάλλον είναι πολωμένο σε δύο κατευθύνσεις, παράλληλες και κάθετες στο μαγνητικό πεδίο. Η ποσότητα και η κατεύθυνση της παρατηρούμενης πόλωσης φέρει το αποτύπωμα της δομής του μαγνητικού πεδίου και της φυσικής κατάστασης της ύλης στην περιοχή του αστέρα νετρονίων, παρέχοντας πληροφορίες που διαφορετικά δεν είναι διαθέσιμες.

Σε υψηλές ενέργειες, τα φωτόνια (σωματίδια φωτός) πολωμένα κάθετα στο μαγνητικό πεδίο αναμένεται να κυριαρχήσουν, με αποτέλεσμα την παρατηρούμενη ταλάντευση πόλωσης 90 μοιρών.

Ο καθηγητής Roberto Turolla, από το Πανεπιστήμιο της Πάντοβα, ο οποίος είναι επίσης επίτιμος καθηγητής στο Εργαστήριο Διαστημικής Επιστήμης του UCL Mullard, είπε: «Η πόλωση στις χαμηλές ενέργειες μας λέει ότι το μαγνητικό πεδίο είναι πιθανό να είναι αρκετά ισχυρό για να γυρίσει την ατμόσφαιρα γύρω από το αστέρι σε ένα στερεό ή ένα υγρό, ένα φαινόμενο γνωστό ως μαγνητική συμπύκνωση».

Ο στερεός φλοιός του άστρου πιστεύεται ότι αποτελείται από ένα πλέγμα ιόντων, που συγκρατείται από το μαγνητικό πεδίο. Τα άτομα δεν θα ήταν σφαιρικά, αλλά επιμήκη προς την κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου.

Είναι ακόμα θέμα συζήτησης εάν οι μαγνήτες και άλλα αστέρια νετρονίων έχουν ατμόσφαιρες ή όχι. Ωστόσο, το νέο έγγραφο είναι η πρώτη παρατήρηση ενός αστέρα νετρονίων όπου ένας στερεός φλοιός είναι μια αξιόπιστη εξήγηση.

Ο καθηγητής του Πανεπιστημίου της Βρετανικής Κολομβίας (UBC) Jeremy Heyl πρόσθεσε: “Αξίζει επίσης να σημειωθεί ότι η συμπερίληψη των κβαντικών ηλεκτροδυναμικών επιδράσεων, όπως κάναμε στη θεωρητική μας μοντελοποίηση, δίνει αποτελέσματα συμβατά με την παρατήρηση IXPE. Ωστόσο, διερευνούμε επίσης εναλλακτικά μοντέλα για να εξηγήσουμε την Δεδομένα IXPE, για τα οποία εξακολουθούν να λείπουν οι κατάλληλες αριθμητικές προσομοιώσεις».

Leave a Comment