Verre magnetar heeft vast oppervlak en geen atmosfeer
Magnetars zijn neutronensterren met extreem sterke magnetische velden die in röntgenlicht zichtbaar zijn. Polarisatie experimenten kunnen inzichten verschaffen over hun magnetische velden en oppervlakte-eigenschappen. Astronomen hebben met behulp van de Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE) van de NASA gepolariseerd röntgenlicht waargenomen van een galactische magnetar met de naam 4U 0142+61 (PSR J0146+6145
Magnetars zijn neutronensterren met magnetische velden die ongeveer een quadriljoen keer groter zijn dan het magnetische veld van de Aarde.
Men denkt dat deze enorme magnetische velden worden geproduceerd wanneer een snel roterende neutronenster wordt gevormd door het instorten van de kern van een massieve ster.
Magnetars zenden heldere röntgenstralen uit en vertonen grillige perioden van activiteit, met emissie van uitbarstingen en fakkels die in slechts één seconde een hoeveelheid energie kunnen vrijgeven die miljoenen keren groter is dan onze Zon in een jaar uitzendt.
Met behulp van de IXPE-ruimtesonde ontdekten astrofysicus Roberto Taverna en zijn collega’s van de universiteit van Padua gepolariseerde röntgenstralen van 4U 0142+61, een magnetar die zich op een afstand van ongeveer 13.000 lichtjaar in de richting van het sterrenbeeld Cassiopeia bevindt.
Ze vonden een veel lager aandeel gepolariseerd licht dat zou worden verwacht als er röntgenstraling door een atmosfeer zou gaan.
De ontdekten ook dat, voor lichtdeeltjes met hogere energieën, de polarisatiehoek precies 90° omdraaide in vergelijking met licht met lagere energieën. Dit is in navolging van wat theoretische modellen zouden voorspellen als de ster een stevige korst had omringd door een externe magnetosfeer gevuld met elektrische stromingen.
Het gas van de ster heeft een kantelpunt bereikt en is vast geworden op een vergelijkbare manier waarop water in ijs kan veranderen. Dit is het resultaat van het ongelooflijk sterke magneetveld van de ster.
Maar net als bij water is temperatuur ook een factor – een heter gas heeft een sterker magneetveld nodig om vast te worden.
Het meest opwindende kenmerk dat de onderzoekers konden waarnemen is de verandering in polarisatierichting met energie waarbij de polarisatiehoek precies 90° draait. Dit is in overeenstemming met wat theoretische modellen voorspellen en bevestigt dat magnetars inderdaad zijn begiftigd met ultrasterke magnetische velden.
De polarisatie bij lage energieën zegt dat het magnetische veld waarschijnlijk zo sterk is dat het de atmosfeer rond de ster in een vaste stof of een vloeistof verandert. Dit fenomeen staat bekend als magnetische condensatie.
Men denkt dat de vaste korst van de ster is samengesteld uit een rooster van ionen, bij elkaar gehouden door het magnetische veld. De atomen zouden niet bolvormig zijn maar langwerpig in de richting van het magnetische veld.
Het is nog steeds onderwerp van discussie of magnetars en andere neutronensterren al dan niet een atmosfeer hebben. Dit nieuwe artikel is echter de eerste waarneming van een neutronenster waarbij een vaste korst een betrouwbare verklaring is.
Het is ook vermeldenswaard dat het opnemen van kwantumelektrodynamische effecten, zoals gedaan in de theoretische modellering, resultaten oplevert die compatibel zijn met de IXPE-waarneming.
Toch worden er nu ook alternatieve modellen onderzocht om de IXPE-gegevens te verklaren. Er zijn nog onvoldoende numerieke simulaties voorhanden.
De bevindingen zijn in het tijdschrift Science gepubliceerd.
Artikel: Roberto Taverna et al. Polarized X-rays from a magnetar. Science, published online November 3, 2022; doi: 10.1126/science.add0080
Eerste publicatie: 5 november 2022
Bron: sci-news
