Kwantowa „metamorfoza fotonów” wyjaśnia niezwykłe promieniowanie gwiazdy neutronowej

Badacz z Cornell, Dong Lai, badał niezwykłą polaryzację promieni rentgenowskich

magnetar - gwiazda neutronowa o silnym polu magnetycznym. Obserwacje satelity można wytłumaczyć „metamorfozą fotoniczną”, efektem przewidywanym przez elektrodynamikę kwantową.

W 2022 roku satelita NASA IXPE obserwowałmagnetar 4U 0142+61, znajdujący się w odległości około 13 tysięcy lat świetlnych od Ziemi w gwiazdozbiorze Kasjopei. Magnetar to gęsta i gorąca pozostałość po masywnej gwieździe o polu magnetycznym 100 bilionów razy większym od pola magnetycznego naszej planety. Analiza danych wykazała, że ​​promieniowanie rentgenowskie o niższej i wyższej energii jest inaczej spolaryzowane, a pola elektromagnetyczne są zorientowane względem siebie pod kątem prostym.

Ta obserwacja jest sprzeczna z poprzednimi koncepcjami.Naukowcy uważali, że magnetar powinien generować silnie spolaryzowane promieniowanie rentgenowskie. Oznacza to, że pole promieniowania elektromagnetycznego nie wibruje przypadkowo, ale ma preferowany kierunek.

Aby wyjaśnić niezwykły efekt, astrofizykzastosowana elektrodynamika kwantowa. Ta teoria, która opisuje mikroskopijne interakcje między elektronami i fotonami, przewiduje, że kiedy fotony rentgenowskie opuszczają cienką atmosferę gorącego namagnesowanego gazu lub plazmy gwiazdy neutronowej, przechodzą przez fazę zwaną rezonansem próżni.

W tych warunkach fotony, które nie mają własnegoładunek, może chwilowo zamienić się w pary „wirtualnych” elektronów i pozytonów, na które oddziałuje supersilne pole magnetyczne magnetara nawet w próżni. Proces ten nazywany jest „dwójłomnością próżni”. W połączeniu z pokrewnym procesem, dwójłomnością plazmy, powstają warunki, w których polaryzacja wysokoenergetycznych promieni rentgenowskich zmienia się o 90° w stosunku do niskoenergetycznych promieni rentgenowskich.

Badacz zauważa, że ​​badaniePromieniowanie rentgenowskie niektórych z najbardziej ekstremalnych obiektów we Wszechświecie, w tym gwiazd neutronowych i czarnych dziur, pozwala naukowcom badać zachowanie materii w warunkach, których nie można odtworzyć w laboratorium, i przyczynia się do zrozumienia piękna i różnorodności Wszechświata.

Czytaj więcej:

Naukowcy po raz pierwszy zobaczyli, jak gwiazda pożera planetę: to w końcu czeka na Ziemię

Dwie superziemie znalezione na skraju strefy nadającej się do zamieszkania: jedna z nich ma komfortową temperaturę

Naukowcy zbadali umierający mózg i opowiedzieli, co znaleźli

Na okładce: artystyczna ilustracja magnetara 4U 0142+61 i otaczającego go dysku szczątków. Zdjęcie: NASA/JPL-Caltech