Рентгенівський телескоп IXPE вперше виміряв поляризацію випромінювання магнітара

Рентгенівська космічна обсерваторія IXPE вперше виміряла поляризацію рентгенівського випромінювання від магнітара. Випромінювання від 4U 0142 + 61 характеризується двома нормальними модами з лінійною поляризацією в двох діапазонах енергій, а випускається воно, на думку вчених, протяжної області на поверхні нейтронної зірки. Препринт роботи доступний на сайті arXiv.org.

Магнітари являють собою рідкісний тип нейтронних зірок, які володіють дуже сильними магнітними полями з напруженостями вище 10¹⁴ гаусс. В даний час вченим відомо близько 30 магнітарів, багато з яких виявляються тільки в періоди підвищеної активності. Ці нейтронні зірки крім імпульсного випромінювання здатні генерувати сплески жорсткого рентгенівського випромінювання, в тому числі рідкісні гіперенергетичні спалахи, що характеризуються світністю 10³⁸-10⁴⁷ ерг в секунду і тривалістю 0,1-100 секунд.

Передбачається, що випромінювання з поверхні сильно намагнічених нейтронних зірок характеризується двома нормальними модами з лінійною поляризацією, при цьому очікувана ступінь поляризації сильно залежить від фізичного стану самих зовнішніх шарів зірки - від 10 відсотків (якщо поверхня гола) до 80 відсотків (у разі намагніченої атмосфери). При цьому, через малі розміри нейтронних зірок, рентгенівське випромінювання від них для земного спостерігача демонструватиме набагато нижчий ступінь лінійної поляризації. Якщо для вимірювань поляризації випромінювання від замагнічених нейтронних зірок задіяти досить потужний телескоп, то можна не тільки отримати дані про фізичні умови на поверхні нейтронної зірки, а й отримати нові докази подвійного променепреломління у вакуумі - квантового ефекту, передбачуваного для надсильних полів.

Група астрономів на чолі з Роберто Таверною (Roberto Taverna) з Падуанського університету повідомила про перше виявлення поляризації рентгенівського випромінювання від яскравого магнітара 4U 0142 + 61, розташованого в 13 тисячах світлових років від Сонця в сузір'ї Кассіопеї. Він класифікований як аномальний рентгенівський пульсар, що характеризується періодом обертання 8,69 секунди і напруженістю магнітного поля 1,3  1014 гаусс. Відкриття було зроблено за допомогою рентгенівського космічного телескопа IXPE, запущеного в космос в кінці минулого року, спостереження велися з 31 січня по 27 лютого 2022 року.

Аналіз даних, зібраних IXPE, виявив дві різні картини поляризації при низьких (2-4 кілоелектронвольт) і високих (5,5-8 кілоелектронвольт) енергіях квантів. У всьому діапазоні енергій ступінь лінійної поляризації вивчення становить 12 відсотків, в діапазоні низьких енергій - 14 відсотків, в діапазоні енергій квантів 5,5-8 кілоелектронвольт - 41 відсоток, а в діапазоні енергій квантів 4-5 кілоелектронвольт ступінь поляризації падає нижче межі інструментальної чутливості. Це говорить про те, що випромінювання від магнітара характеризується двома нормальними модами з лінійною поляризацією в двох діапазонах енергій. При цьому наголошується, що дані спостережень не вписуються в модель, де теплове випромінювання від магнітара виходить з невеликої області, наприклад полярної шапки, набагато краще підходить модель, в якій випромінювання випускається протяжною областю на поверхні нейтронної зірки.

Раніше ми розповідали про те, як вчені вперше побачили рух гарячих плям на магнітарі.