Впервые в истории ученые смогли измерить поляризацию рентгеновского излучения во время мощной вспышки на магнетаре. Это уникальное наблюдение, осуществленное обсерваторией IXPE, раскрывает детали поведения наиболее магнитных объектов во Вселенной в их наиболее активной фазе.
Речь идет о магнетаре 1E 1841-045. Объект расположен внутри остатка сверхновой Kes 73 на расстоянии от 8,5 до 9,8 килопарсека от Земли, что примерно эквивалентно 28 тыс. световых лет. Результаты исследования опубликованы в The Astrophysical Journal Letters. Этот объект является чрезвычайно плотной остаточной нейтронной звездой, обладающей самым сильным магнитным полями во Вселенной, что в сотни триллионов раз превышает поле Земли. Именно такие объекты подвержены внезапным и мощным вспышкам излучения.
21 августа 2024 года этот магнетар проснулся. Обсерватории Swift, Fermi и NICER зафиксировали начало его активности. А примерно через шесть недель к наблюдениям присоединилась специализированная обсерватория IXPE, которая и осуществила революционные измерения.
Почему измерение поляризации так важно?
Свет, подобно волне на поверхности воды, обладает свойством поляризации — колебаниями в определенной плоскости. Измерение этой характеристики для рентгеновских лучей раскрывает физические процессы, которые их породили, и детали среды, через которую они прошли.
Анализируя, как изменяется поляризация с энергией, ученые могут отличить излучение, поступающее от раскаленной поверхности звезды, от излучения, которое рождается высоко в ее магнитной атмосфере (магнитосфере). Угол поляризации указывает на геометрию магнитного поля, а его степень — на конкретный физический механизм рождения фотонов.
Революционные результаты и их значение
Измерения IXPE выявили впечатляющий эффект. В диапазоне энергий 2–3 кэВ поляризация составляла около 20 %. Однако в более жестком рентгеновском диапазоне (6–8 кэВ) этот показатель резко вырос до 55–70 %, что указывает на крайне упорядоченную, «синхронизированную» природу высокоэнергетического излучения. При этом угол поляризации оставался неизменным.
Эти данные являются прямым доказательством того, что мощное рентгеновское излучение генерируется высоко в магнитосфере магнетара, а не на его поверхности. Две основные теории объясняют его происхождение: либо это результат работы «естественного комптоновского лазера», когда электроны разгоняют фотоны, либо синхротронное излучение от раскаленных до миллионов градусов электронов и позитронов, кружащихся в магнитном поле.
Полученные данные, в частности сильная поляризация, растущая с энергией, лучше всего согласуются с синхротронным механизмом. Как отметила Рэйчел Стюарт из Университета Джорджа Вашингтона, это наблюдение заставит ученых усовершенствовать существующие модели, заставив их учитывать экстремальную поляризацию.
Будущее исследований
Это первое измерение стало важным ориентиром. Оно позволяет сравнить поведение магнитара в состоянии вспышки и в состоянии покоя. Микела Ригоселли из Итальянского национального института астрофизики уже планирует дальнейшие наблюдения, когда звезда утихнет, чтобы проследить эволюцию ее свойств.
Если угол поляризации останется стабильным, это укажет на простую и неизменную конфигурацию магнитного поля. Если же он изменится, это будет свидетельствовать о наличии нескольких сложных зон излучения. Миссия IXPE, запущенная в 2021 году, продолжает превращать теоретические дебаты о нейтронных звездах в вопросы, на которые можно дать точные ответы, открывая новую страницу в астрофизике.
Ранее мы сообщали о том, как магнетары «подарили» Земле золото и платину.
По материалам earth.com
