Вперше в історії науковці змогли виміряти поляризацію рентгенівського випромінювання під час потужного спалаху на магнетарі. Це унікальне спостереження, здійснене обсерваторією IXPE, розкриває деталі поведінки найбільш магнітних об’єктів у Всесвіті в їхній найактивнішій фазі.
Йдеться про магнетар 1E 1841-045. Об’єкт розташований всередині залишку наднової Kes 73 на відстані від 8,5 до 9,8 кілопарсека від Землі, що приблизно еквівалентно 28 тис. світлових років. Результати дослідження опубліковані в The Astrophysical Journal Letters. Цей об’єкт є надзвичайно щільною залишковою нейтронною зорею, яка має найсильніше магнітне поле у Всесвіті, що в сотні трильйонів разів перевищує поле Землі. Саме такі об’єкти схильні до раптових та потужних спалахів випромінювання.
21 серпня 2024 року цей магнетар прокинувся. Обсерваторії Swift, Fermi та NICER зафіксували початок його активності. А приблизно через шість тижнів до спостережень долучилася спеціалізована обсерваторія IXPE, яка і здійснила революційні виміри.
Чому вимірювання поляризації таке важливе?
Світло, подібно до хвилі на поверхні води, має властивість поляризації — коливання у певній площині. Вимірювання цієї характеристики для рентгенівських променів розкриває фізичні процеси, які їх породили, та деталі середовища, через яке вони пройшли.
Аналізуючи, як змінюється поляризація з енергією, науковці можуть відрізнити випромінювання, що надходить від розпеченої поверхні зорі, від випромінювання, яке народжується високо в її магнітній атмосфері (магнітосфері). Кут поляризації вказує на геометрію магнітного поля, а його ступінь — на конкретний фізичний механізм народження фотонів.
Революційні результати та їхнє значення
Вимірювання IXPE виявили дивовижний ефект. У діапазоні енергій 2–3 кеВ поляризація становила близько 20 %. Однак у жорсткішому рентгенівському діапазоні (6–8 кеВ) цей показник різко зріс до 55–70 %, що вказує на вкрай впорядковану, «синхронізовану» природу високоенергетичного випромінювання. При цьому кут поляризації залишався незмінним.
Ці дані є прямим доказом того, що потужне рентгенівське випромінювання генерується високо в магнітосфері магнетара, а не на його поверхні. Дві основні теорії пояснюють його походження: або це результат роботи «природного комптонівського лазера», коли електрони розганяють фотони, або синхротронне випромінювання від розжарених до мільйонів градусів електронів та позитронів, що кружляють у магнітному полі.
Отримані дані, зокрема сильна поляризація, що зростає з енергією, найкраще узгоджуються з синхротронним механізмом. Як зазначила Рейчел Стюарт з Університету Джорджа Вашингтона, це спостереження змусить науковців удосконалити наявні моделі, змусивши їх враховувати екстремальну поляризацію.
Майбутнє досліджень
Це перше вимірювання стало важливим орієнтиром. Воно дозволяє порівняти поведінку магнетара у стані спалаху та в стані спокою. Мікела Рігоселлі з Італійського національного інституту астрофізики вже планує подальші спостереження, коли зоря затихне, щоб простежити еволюцію її властивостей.
Якщо кут поляризації залишиться стабільним, це вкаже на просту та незмінну конфігурацію магнітного поля. Якщо ж він зміниться, це буде свідчити про наявність кількох складних зон випромінювання. Місія IXPE, запущена 2021 року, продовжує перетворювати теоретичні дебати про нейтронні зорі на питання, на які можна дати точні відповіді, відкриваючи нову сторінку в астрофізиці.
Раніше ми повідомляли про те, як магнетари «подарували» Землі золото та платину.
За матеріалами earth.com
