Der Cornell-Forscher Dong Lai untersuchte die ungewöhnliche Polarisation von Röntgenstrahlen
Im Jahr 2022 beobachtete der IXPE-Satellit der NASAMagnetar 4U 0142 + 61, der sich in einer Entfernung von etwa 13.000 Lichtjahren von der Erde im Sternbild Kassiopeia befindet. Ein Magnetar ist der dichte und heiße Überrest eines massereichen Sterns mit einem Magnetfeld, das 100 Billionen Mal so groß ist wie das unseres Planeten. Die Analyse der Daten zeigte, dass die Röntgenstrahlen mit niedrigerer und höherer Energie unterschiedlich polarisiert sind und die elektromagnetischen Felder im rechten Winkel zueinander ausgerichtet sind.
Diese Beobachtung widerspricht bisherigen Konzepten.Die Forscher glaubten, dass der Magnetar hochpolarisierte Röntgenstrahlen erzeugen sollte. Das bedeutet, dass das elektromagnetische Strahlungsfeld nicht zufällig schwingt, sondern eine Vorzugsrichtung hat.
Den ungewöhnlichen Effekt erklären die AstrophysikerQuantenelektrodynamik verwendet. Diese Theorie, die die mikroskopischen Wechselwirkungen zwischen Elektronen und Photonen beschreibt, sagt voraus, dass Röntgenphotonen, wenn sie die dünne Atmosphäre des heißen magnetisierten Gases oder Plasmas eines Neutronensterns verlassen, eine Phase namens Vakuumresonanz durchlaufen.
Unter diesen Bedingungen entstehen Photonen, die keine eigenen habenLadung, können sich vorübergehend in Paare aus "virtuellen" Elektronen und Positronen verwandeln, die auch im Vakuum vom superstarken Magnetfeld des Magnetars beeinflusst werden. Dieser Vorgang wird "Vakuumdoppelbrechung" genannt. In Kombination mit einem verwandten Verfahren, der Plasmadoppelbrechung, werden die Bedingungen geschaffen, dass die Polarität hochenergetischer Röntgenstrahlen um 90° gegenüber niederenergetischen Röntgenstrahlen schwankt.
Der Forscher stellt fest, dass die StudieRöntgenstrahlen von einigen der extremsten Objekte des Universums, darunter Neutronensterne und Schwarze Löcher, ermöglichen es Wissenschaftlern, das Verhalten von Materie unter Bedingungen zu untersuchen, die im Labor nicht reproduziert werden können, und tragen zum Verständnis der Schönheit und Vielfalt des Universums bei.
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Auf dem Cover: eine künstlerische Illustration des Magnetars 4U 0142+61 und seiner umgebenden Trümmerscheibe. Bild: NASA/JPL-Caltech