Менее чем через год после запуска, наблюдения за нейтронной звездой, проведенные НАСА и ASI с помощью рентгеновского поляриметрического исследовательского аппарата Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE), позволили подтвердить то, о чем раньше ученые только предполагали: звезды магнетарного типа имеют сверхсильные магнитные поля и сильно поляризованы.
Роберто Таверна, исследователь из Университета Падуи, возглавил исследование магнетара 4U 0142+61, расположенного в созвездии Кассиопеи, примерно в 13 000 световых лет от Земли.
Магнетары — это нейтронные звезды с магнитными полями в триллионы раз более мощными, чем на Земле. Эта их особенность способствует испусканию высокоэнергетического электромагнитного излучения, в частности рентгеновских и гамма-лучей. Магнитары, которые были подтверждены на сегодняшний день, насчитывают около 30. Некоторые из них можно увидеть только в периоды высокой активности.
Поляризация в зависимости от энергии
Это первый случай, когда рентгеновское излучение, наблюдаемое из магнетара, оказывается поляризованным. Поляризация — это свойство света и составляющих его электрических и магнитных полей. Каждый атом света производит электромагнитную волну, две составляющие поля которой перпендикулярны. Эти поля колеблются перпендикулярно направлению распространения света, определяя плоскость поляризации (ту, на которой лежит вектор электрического поля). Если наклон плоскости поляризации одинаков для всех атомов в световом пучке, он называется поляризованным.
Анализируя данные о магнетаре 4U 0142+61, астрономы также заметили, что его свет поляризован. Это стало возможным только благодаря производительности IXPE. И это еще не все: результаты спутниковых наблюдений также свидетельствуют о том, что угол поляризации зависит от энергии частиц света. Мартин Вайскопф, заслуженный деятель науки НАСА, возглавлявший команду IXPE с начала миссии до весны 2022 года, сказал:
Исходя из современных теорий магнетаров, мы ожидали обнаружить поляризацию. Но никто не предсказал, что она будет зависеть от энергии, как мы видим в этом магнетаре.
На следующем видео показано положение магнетара 4U 0142+61 в созвездии Кассиопеи, на расстоянии около 13 000 световых лет от Земли.
Измерив степень поляризации рентгеновских лучей, астрономы обнаружили, что нейтронная звезда, вероятно, имеет твердую поверхность и не имеет атмосферы. Такая конфигурация фактически приведет к дальнейшему изменению степени поляризации. Впервые ученые смогли достоверно заключить, что нейтронная звезда имеет голую твердую кору. «Мы обнаружили, что угол поляризации колеблется ровно на 90 градусов, что соответствует теоретическим моделям, предсказывающим, что звезда имеет твердую кору, окруженную внешней магнитосферой, полной электрических токов«, — сказал Роберто Таверна.
IXPE и магнетары
Поляризация при низких энергиях, измеренная IXPE, также указывает на то, что магнитное поле настолько мощное, что оно могло сделать атмосферу вокруг нейтронной звезды твердой или жидкой. Это явление известно как магнитная конденсация, сказал председатель исследовательской группы IXPE по магнетарам Роберто Туролла из Университета Падуи и Университетского колледжа Лондона.
Благодаря этим результатам астрофизики теперь могут проверять степень поляризации и угол ее положения при проверке параметров моделей рентгеновского излучения. Также можно будет лучше понять физику экстремальных объектов, таких как магнетары и черные дыры. «IXPE используется для изучения широкого спектра экстремальных рентгеновских источников, и уже получено много интересных результатов«, — сказал Фабио Мулери, итальянский научный сотрудник проекта IXPE в Институте космической астрофизики и планетологии INAF в Риме. «IXPE показал, что рентгеновская поляриметрия важна и актуальна для углубления нашего понимания того, как работают эти увлекательные рентгеновские системы. Будущие миссии должны учитывать этот факт«.