科学家发现了一个具有固体表面的磁化死星

来源：cnBeta 　2023-01-03 06:47:43

发表在《科学》杂志上的一项研究利用美国宇航局成像X射线测偏探测器（IXPE）卫星的数据，揭示了被称为磁星的高度磁化死星有一个固体表面，没有大气。由帕多瓦大学的研究人员领导，这项研究代表了首次观察到来自磁星的偏振X射线，这也是第一次观察到来自磁星的偏振X射线光。

(资料图片仅供参考)

艺术家的印象图显示了Westerlund 1.星团中的一颗磁星

IXPE是美国国家航空航天局和意大利航天局之间的一项合作，它允许科学家通过测量X射线的偏振，也就是光波的振荡方向来检查太空中的X射线。该小组研究了磁星4U 0142+61，它位于仙后座，距地球约13000光年。

磁星是中子星 - 大质量恒星坍缩后的残余核心，它们在生命的最后阶段会形成超新星爆炸。与其他中子星不同，它们有一个巨大的磁场--宇宙中最强大的磁场，并发出明亮的X射线，并显示出不稳定的活动期，在短短一秒钟内释放出的能量比我们的太阳一年所释放的能量大几百万倍，这被认为是由其超强的磁场驱动的，比标准中子星强100到1000倍。

研究小组发现，如果X射线穿过大气层，那么偏振光的比例要比预期的低得多。(偏振光是指晃动都在同一方向的光--也就是说，电场只以一种方式振动。大气层就像一个过滤器，只选择光的一种偏振状态）。

研究小组还发现，对于能量较高的光粒子来说，与能量较低的光相比，偏振角--摆动--正好翻转了90度，这与理论模型预测的一样，如果恒星有一个固体外壳，周围有一个充满电流的外部磁层。

共同第一作者、IXPE科学小组的成员Silvia Zane教授（UCL Mullard空间科学实验室）说。"这完全出乎意料，之前我确信会有一个大气层，而这颗恒星的气体已经达到了一个临界点，并以类似于水可能变成冰的方式变成了固体，这是该恒星难以置信的强磁场带来结果。但是，与水一样，温度也是一个因素--更热的气体将需要更强的磁场才能变成固体。下一步工作是观察具有类似磁场的更热的中子星，以研究温度和磁场之间的相互作用如何影响恒星表面的特性。"

主要作者、帕多瓦大学的罗伯托-塔维纳博士说。"我们能观察到的最令人兴奋的特征是偏振方向随能量的变化，偏振角正好摆动90度。这与理论模型的预测一致，证实了磁星确实被赋予了超强的磁场。"

量子理论预测，在强磁化环境中传播的光在两个方向上被极化，即平行和垂直于磁场。观察到的偏振的数量和方向带有磁场结构和中子星附近物质的物理状态的印记，提供了其他方式无法获得的信息。在高能量下，与磁场垂直偏振的光子（光的粒子）预计将占主导地位，从而导致观察到的90度偏振摆动。

来自帕多瓦大学的Roberto Turolla教授，也是UCL Mullard空间科学实验室的名誉教授说："低能量下的极化告诉我们，磁场很可能强大到将恒星周围的大气变成固体或液体，这种现象被称为磁凝结。"

该恒星的固体外壳被认为是由离子的晶格组成的，被磁场固定在一起。原子不会是球形的，而是在磁场的方向上拉长的。

磁星和其他中子星是否有大气层仍然是一个有争议的话题。然而，这篇新论文是对中子星的首次观察，其中固体外壳是一个可靠的解释。

英属哥伦比亚大学（UBC）的杰里米-海尔教授补充说："同样值得注意的是，包括量子电动力学效应，正如我们在理论建模中所做的那样，得到的结果与IXPE的观测结果相一致。尽管如此，我们也在研究解释IXPE数据的替代模型，对于这些模型仍然缺乏适当的数字模拟。"

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