Рентгенівське випромінювання нейтронної зірки розкрило “метаморфозу фотонів”

5 / 5 / 2023 08:34, автор: Анатолій Колесник
Рентгенівське випромінювання нейтронної зірки розкрило “метаморфозу фотонів” - фото
Це зображення залишку наднової Кассіопеї А, першого об′єкта, спостережуваного супутником IXPE. Зображення об′єднує деякі з перших рентгенівських даних, зібраних IXPE, показаних пурпуровим кольором, з даними про високоенергетичне рентгенівське випромінювання, отриманими рентгенівською обсерваторією "Чандра", показаними синім кольором. Пізніше супутник виявив поляризоване рентгенівське випромінювання від 4U 0142+61, сильно намагніченої нейтронної зірки, розташованої в сузір′ї Кассіопеї. Credit: NASA/CXC/SAO/IXPE

На думку астрофізика з Корнелла, "красивий ефект", передбачений квантовою електродинамікою (КЕД), може пояснити загадкові перші спостереження поляризованих рентгенівських променів, які випускає магнетар — нейтронна зоря з потужним магнітним полем.

Про це розповідають в Корнелльському університеті, передають OstanniPodii.com.

Очікувалося, що надзвичайно щільний та гарячий залишок масивної зірки, що володіє магнітним полем, у 100 трильйонів разів сильнішим за земне, генеруватиме сильно поляризоване рентгенівське випромінювання, тобто електромагнітне поле випромінювання не коливається безладно, а має пріоритетний напрямок.

Але вчені були здивовані, коли минулого року супутник НАСА "Дослідник візуалізації рентгенівської поляриметрії" (IXPE) виявив, що рентгенівські промені низьких і високих енергій поляризовані по-різному, причому електромагнітні поля орієнтовані під прямим кутом одне до одного.

Це явище можна природним чином пояснити як результат "метаморфози фотонів" -- трансформації рентгенівських фотонів, яку теоретизували, але ніколи не спостерігали безпосередньо, кажуть науковці Коледжу мистецтв і наук.

"У цьому спостереженні випромінювання від далекого небесного об′єкта ми бачимо красивий ефект, який є проявом складної, фундаментальної фізики", - сказав др. Донг Лай. "КЕД -- одна з найуспішніших фізичних теорій, але вона не була перевірена в умовах такого сильного магнітного поля".

Лай є автором роботи "Виявлення IXPE поляризованого рентгенівського випромінювання від магнетарів і перетворення фотонної моди у вакуумному резонансі КЕД", опублікованої в журналі Proceedings of the National Academy of Sciences.

Дослідження спирається на розрахунки Лая і др. Вінна Хо, опублікованих 20 років тому, і містить результати спостережень за магнетаром 4U 0142+61, розташованого на відстані 13 000 світлових років у сузір′ї Кассіопеї, про які НАСА повідомило в листопаді минулого року.

Квантова електродинаміка, яка описує мікроскопічні взаємодії між електронами й фотонами, пророкує, що коли рентгенівські фотони виходять з тонкої атмосфери нейтронної зірки, яка складається з гарячого, намагніченого газу, або плазми, вони проходять через фазу, яка називається вакуумним резонансом.

Там, за словами Лая, фотони, що не мають заряду, можуть тимчасово перетворитися на пари "віртуальних" електронів і позитронів, на які навіть у вакуумі впливає надсильне магнітне поле магнетара -- процес, який називається "вакуумним подвійним променезаломленням". У поєднанні зі спорідненим процесом, плазмовим подвійним променезаломленням, створюються умови для того, щоб полярність високоенергетичних рентгенівських променів змінилася на 90 градусів проти низькоенергетичних рентгенівських променів, згідно з аналізом Лая.

"Можна уявити поляризацію як два аромати фотонів", - сказав він. "Фотон раптово перетворюється з одного аромату на інший -- зазвичай таке не зустрічається. Але це природний наслідок фізики, якщо застосовувати теорію в таких екстремальних умовах".

Місія IXPE не побачила зміни поляризації в спостереженнях іншого магнетара, названого 1RXS J170849.0-400910, зі ще сильнішим магнітним полем. За словами Лая, це узгоджується з його розрахунками, які припускають, що вакуумний резонанс і метаморфоза фотонів відбуватимуться дуже глибоко всередині такої нейтронної зірки.

За словами Лая, його інтерпретація спостережень IXPE за магнетаром 4U 0142+61 допомогла визначити його магнітне поле та обертання, а також припустити, що його атмосфера, ймовірно, складається з частково іонізованих важких елементів.

За його словами, поточне вивчення рентгенівського випромінювання від найекстремальніших об′єктів Всесвіту, включно з нейтронними зорями та чорними дірами, дає змогу вченим досліджувати поведінку матерії в умовах, які неможливо відтворити в лабораторіях, і сприяє розумінню краси й розмаїття Всесвіту.

"Спостереження IXPE відкрили нове вікно для вивчення поверхневого середовища нейтронних зірок", - сказав Лай. "Це призведе до нового розуміння цих загадкових об′єктів".

.

ТЕГИ:

 

Останні новини

сьогодні:
середа, 12 червня:

всі новини


 
ПОПУЛЯРНІ НОВИНИ:
11-16 червня в Києві проходять продуктові ярмарки

06:05, 11 червня 2024 р.
11-16 червня в Києві проходять продуктові ярмарки
 
В Криму уражено чергове судно окупантів

15:25, 6 червня 2024 р.
В Криму уражено чергове судно окупантів
 
ISW: залишається незрозумілою офіційна політика США щодо ударі...

06:17, 6 червня 2024 р.
ISW: залишається незрозумілою офіційна політика США щодо ударі...
 
Війна. Ситуація на 834 добу повномасштабного вторгнення

11:37, 6 червня 2024 р.
Війна. Ситуація на 834 добу повномасштабного вторгнення
 
8 червня обмеження з електроенергією дятимуть не весь день

18:32, 7 червня 2024 р.
8 червня обмеження з електроенергією дятимуть не весь день
 
 
СХОЖІ НОВИНИ:
Астрономи виявили безпрецедентну поведінку від найближчого маг...

07:58, 9 квітня 2024 р.
Астрономи виявили безпрецедентну поведінку від найближчого маг...
 
Вулканоподібний прорив міг стати причиною уповільнення магнетара

04:28, 30 січня 2023 р.
Вулканоподібний прорив міг стати причиною уповільнення магнетара
 
Цей сайт та сторонні віджети на ньому використовують COOKIE, що необхідно для повноцінної роботи сайту. “Куки” – це безпечна технологія збирання аналітичної інформації про відвідувачів. Їх можна відключити у налаштуваннях Вашого браузера. Погодитися на використання Cookie