دانشمندان یک ستاره با سطح جامد کشف کردند

بر اساس یک مطالعه جدید، نور پرتو ایکس ساطع شده توسط یک مگنتار خاص (یک ستاره مرده بسیار مغناطیسی) نشان می دهد که ستاره یک سطح جامد دارد و جو ندارد.

به گزارش تکناک، مطالعه ای که در مجله Science منتشر شده است از داده های ماهواره کاوشگر قطب سنجی پرتو ایکس ناسا (IXPE) استفاده کرده است تا نشان دهد که یک ستاره مرده بسیار مغناطیسی که به عنوان مگنتار شناخته می شود، سطحی جامد و بدون جو دارد.

این مطالعه به رهبری محققان دانشگاه پادووا انجام شده و اولین باری است که نور پرتو ایکس قطبی شده از یک مگنتار مشاهده شده است.

همکاری بین ناسا و آژانس فضایی ایتالیا، به دانشمندان اجازه می دهد تا نور پرتو ایکس در فضا را با اندازه گیری قطبش آن (جهت نوسان امواج نور) بررسی کنند. این تیم مگنتار 4U 0142+61 را که در صورت فلکی Cassiopeia  که تقریباً 13000 سال نوری از زمین فاصله دارد، مورد مطالعه قرار داد.

مگنتارها ستارگان نوترونی هستند. آنها هسته های بسیار متراکم باقیمانده از ستارگان پرجرم هستند که در پایان عمر خود به صورت ابرنواختر منفجر شده اند. برخلاف سایر ستارگان نوترونی، آنها دارای یک میدان مغناطیسی عظیم هستند که قوی ترین در جهان است. آنها پرتوهای ایکس درخشانی از خود ساطع می‌کنند و دوره‌های فعالیت نامنظمی، با گسیل انفجارها و جرقه‌هایی که می‌توانند تنها در یک ثانیه انرژی میلیون‌ها برابر بیشتر از خورشید ما در یک سال را منتشر کنند از خود نشان می‌دهند. اعتقاد بر این است که آنها از میدان مغناطیسی فوق العاده قدرتمند خود تغذیه می کنند که 100 تا 1000 برابر قوی تر از ستاره های نوترونی استاندارد است.

تیم تحقیقاتی نسبت بسیار کمتری از نور پلاریزه را نسبت به آنچه که در صورت عبور پرتوهای ایکس از اتمسفر انتظار می رفت، دریافتند. (نور قطبی شده نوری است که در آن همه پرتوها در یک جهت هستند، یعنی میدان های الکتریکی فقط به یک جهت ارتعاش می کنند). در حقیقت جو به عنوان یک فیلتر عمل می کند و تنها یک حالت قطبش نور را انتخاب می کند.

این تیم همچنین دریافت که برای ذرات نور در انرژی‌های بالاتر، زاویه قطبش دقیقاً 90 درجه در مقایسه با نور در انرژی‌های پایین‌تر تغییر می‌کند، به این ترتیب که مدل‌های نظری پیش‌بینی می‌کنند که اگر ستاره دارای یک پوسته جامد باشد که توسط یک مغناطیس سپهر پر از جریان الکتریکی احاطه شده باشد.

پروفسور سیلویا زین (Silvia Zane) (آزمایشگاه علوم فضایی UCL Mullard)، یکی از اعضای تیم علمی IXPE، گفت: این کاملاً غیرمنتظره بود. من متقاعد شده بودم که یک جو وجود خواهد داشت. گاز ستاره به نقطه اوج رسیده و جامد شده است به روشی مشابه که آب ممکن است به یخ تبدیل شود. این نتیجه میدان مغناطیسی فوق العاده قوی ستاره است.اما مانند آب، دما نیز یک عامل است. گاز داغتر برای جامد شدن به میدان مغناطیسی قوی تری نیاز دارد.

گام بعدی مشاهده ستارگان نوترونی داغتر با میدان مغناطیسی مشابه است تا بررسی کنیم که چگونه تعامل بین دما و میدان مغناطیسی بر خواص سطح ستاره تاثیر می گذارد.

دکتر روبرتو تاورنا، نویسنده اصلی، از دانشگاه پادووا، گفت: مهیج‌ترین ویژگی که می‌توانیم مشاهده کنیم، تغییر جهت قطبش با انرژی و با زاویه قطبش دقیقاً 90 درجه.

این با آنچه مدل‌های نظری پیش‌بینی می‌کنند مطابقت دارد و تأیید می‌کند که مگنتارها در واقع دارای میدان‌های مغناطیسی فوق‌العاده قوی هستند.

نظریه کوانتومی پیش بینی می کند که نور منتشر شده در یک محیط به شدت مغناطیسی شده در دو جهت موازی و عمود بر میدان مغناطیسی قطبی می شود. مقدار و جهت قطبش مشاهده شده نشان دهنده ساختار میدان مغناطیسی و وضعیت فیزیکی ماده در مجاورت ستاره نوترونی است و اطلاعاتی را ارائه می دهد که در غیر این صورت غیرقابل دسترسی است.

در انرژی‌های بالا، فوتون‌ها (ذرات نور) که به‌طور عمود بر میدان مغناطیسی قطبیده شده‌اند، انتظار می‌رود که غالب شوند. این پدیده منجر به نوسان قطبش 90 درجه‌ای می‌شود.

تصور می شود که پوسته جامد ستاره از شبکه ای از یون ها تشکیل شده است که توسط میدان مغناطیسی در کنار هم نگه داشته شده اند. اتم ها کروی نیستند بلکه در جهت میدان مغناطیسی کشیده می شوند.

این که آیا مگنتارها و سایر ستارگان نوترونی دارای جو هستند یا نه، هنوز موضوع بحث است. با این حال، مقاله جدید اولین مشاهده از یک ستاره نوترونی است که در آن پوسته جامد توضیح قابل اعتمادی است.

پروفسور جرمی هیل از دانشگاه بریتیش کلمبیا (UBC) افزود: همچنین شایان ذکر است که اثرات الکترودینامیک کوانتومی، همانطور که در مدل‌سازی نظری خود انجام دادیم، نتایجی سازگاری با مشاهدات IXPE ارائه می‌دهد. با این وجود، ما همچنین در حال بررسی مدل‌های جایگزین برای توضیح داده‌های IXPE هستیم که هنوز شبیه‌سازی عددی مناسب برای آن‌ها وجود ندارد.