Kvantu "fotonu metamorfoze" izskaidro neitronu zvaigznes neparasto starojumu

Kornela pētnieks Dong Lai pētīja neparasto rentgenstaru polarizāciju no

magnetārs - neitronu zvaigzne ar spēcīgu magnētisko lauku. Satelīta novērojumus var izskaidrot ar "fotonisko metamorfozi" - efektu, ko paredz kvantu elektrodinamika.

2022. gadā novēroja NASA satelīts IXPEmagnetar 4U 0142 + 61, kas atrodas apmēram 13 tūkstošu gaismas gadu attālumā no Zemes Kasiopejas zvaigznājā. Magnetārs ir blīva un karsta masīvas zvaigznes palieka ar magnētisko lauku, kas 100 triljonus reižu pārsniedz mūsu planētas. Datu analīze parādīja, ka zemākas un augstākas enerģijas rentgena stari ir atšķirīgi polarizēti, un elektromagnētiskie lauki ir vērsti viens pret otru taisnā leņķī.

Šis novērojums ir pretrunā ar iepriekšējiem jēdzieniem.Pētnieki uzskatīja, ka magnetāram vajadzētu radīt ļoti polarizētus rentgena starus. Tas nozīmē, ka elektromagnētiskā starojuma lauks nevibrē nejauši, bet tam ir vēlamais virziens.

Lai izskaidrotu neparasto efektu, astrofiziķisizmantota kvantu elektrodinamika. Šī teorija, kas apraksta mikroskopisko mijiedarbību starp elektroniem un fotoniem, paredz, ka tad, kad rentgena fotoni atstāj neitronu zvaigznes karstās magnetizētās gāzes vai plazmas plānu atmosfēru, tie iziet cauri fāzei, ko sauc par vakuuma rezonansi.

Šajos apstākļos fotoni, kuriem nav savulādiņš, var īslaicīgi pārvērsties par "virtuālo" elektronu un pozitronu pāriem, kurus ietekmē magnēta superspēcīgais magnētiskais lauks pat vakuumā. Šo procesu sauc par "vakuuma divreizējo lūzumu". Apvienojumā ar saistīto procesu, plazmas divkāršo laušanu, tiek radīti apstākļi, lai augstas enerģijas rentgenstaru polaritāte varētu svārstīties par 90° attiecībā pret zemas enerģijas rentgena stariem.

Pētnieks atzīmē, ka pētījumsRentgena stari no dažiem ekstrēmākajiem Visuma objektiem, tostarp neitronu zvaigznēm un melnajiem caurumiem, ļauj zinātniekiem izpētīt matērijas uzvedību apstākļos, kurus nevar atkārtot laboratorijā, un palīdz izprast Visuma skaistumu un daudzveidību.

Lasīt vairāk:

Zinātnieki pirmo reizi redzēja, kā zvaigzne aprij planētu: galu galā tā gaida Zemi

Dzīvojamās zonas malā atrastas divas superzemes: vienai no tām ir komfortabla temperatūra

Zinātnieki pārbaudīja mirstošās smadzenes un pastāstīja, ko atrada

Uz vāka: mākslinieciska 4U 0142+61 magnetāra un tā apkārtējā gružu diska ilustrācija. Attēls: NASA/JPL-Caltech