13 000 šviesmečių nuo Žemės nutolusį objektą tyrinėję mokslininkai tokius iš jo sklindančius signalus užfiksavo pirmą kartą: kas tai?

Žurnale „Science“ paskelbto tyrimo autoriai išanalizavo NASA palydovo „Imaging X-ray Polarimetry Explorer“ (IXPE) surinktus duomenis ir išsiaiškino, kad vienas magnetaras turi kietą paviršių, bet yra be atmosferos.

Padujos universiteto mokslininkų atliktos studijos metu pirmą kartą pavyko stebėti magnetaro skleidžiamus poliarizuotus rentgeno spindulius.

Palydovas IXPE yra bendras NASA ir Italijos kosmoso agentūros projektas, leidžiantis mokslininkams nagrinėti kosmose aptinkamus rentgeno spindulius matuojant jų poliarizaciją – šviesos bangų svyravimų kryptį. Mokslininkų komanda tyrinėjo magnetarą 4U 0142+61, esantį Kasiopėjos žvaigždyne, maždaug už 13 tūkst. šviesmečių nuo Žemės.

Magnetarai yra neutroninės žvaigždės, itin tankios masyvių žvaigždžių, kurios virto supernovomis, liekanos. Skirtingai nuo kitų neutroninių žvaigždžių, magnetarai turi labai stiprų magnetinį lauką – galingiausią Visatoje.

Jie skleidžia ryškius rentgeno spindulius ir pasižymi nepastoviais aktyvumo laikotarpiais. Magnetarų žybsnių ir pliūpsnių metu vos per vieną sekundę gali būti išskirta milijonus kartų daugiau energijos, nei mūsų Saulė išskiria per metus. Manoma, kad pliūpsnius sukelia galingieji magnetiniai laukai, esantys 100–1 000 kartų stipresni už įprastų neutroninių žvaigždžių magnetinius laukus.

Mokslininkų komanda pastebėjo, kad poliarizuotos šviesos kiekis buvo gerokai mažesnis, nei būtų galima tikėtis, jeigu rentgeno spinduliai iš pradžių kirstų atmosferą. (Poliarizuota šviesa yra tokia šviesa, kurios elektriniai laukai vibruoja tik viena kryptimi. Atmosfera atlieka tarytum filtro funkciją ir praleidžia tik vienos poliarizacijos būsenos šviesą.)

Tyrimo autoriai taip pat nustatė, kad daugiau energijos turinčių dalelių poliarizacijos kampas skyrėsi lygiai 90 laipsnių, palyginti su mažiau energijos turinčių dalelių poliarizacijos kampu. Remiantis teoriniais modeliais, taip ir būtų, jeigu žvaigždė turėtų kietą plutą, apsuptą išorinės magnetosferos, pripildytos elektros srovių.

Studijos bendraautorė prof. Silvia Zane, dirbanti Londono universiteto koledžo Mullardo kosmoso mokslų laboratorijoje ir priklausanti IXPE mokslininkų komandai, sakė: „Šis atradimas buvo visiškai netikėtas. Buvau įsitikinusi, jog bus ir atmosfera. Žvaigždės dujos pakeitė agregatinę būseną ir virto kieta medžiaga, panašiai kaip vanduo virsta ledu. Taip nutiko dėl nepaprastai stipraus magnetinio lauko.“

„Bet, kaip ir vandens atveju, temperatūra irgi vaidina vaidmenį – norint karštesnes dujas paversti kieta medžiaga, reikia stipresnio magnetinio lauko, – pridūrė ji. – Kitas žingsnis – stebėti karštesnes neutronines žvaigždes, turinčias panašų magnetinį lauką, ir ištirti, kaip temperatūros ir magnetinio lauko sąveika paveikia žvaigždės paviršiaus ypatybes.“

Pagrindinis tyrimo autorius dr. Roberto Taverna, dėstantis Padujos universitete, pareiškė: „Įdomiausia mūsų pastebėta savybė – poliarizacijos krypties pokytis, susijęs su energijos kiekiu, t. y. poliarizacijos kampo skirtumas sudarė lygiai 90 laipsnių. Šis radinys atitinka teorinius modelius ir patvirtina, kad magnetarus iš tikrųjų gaubia nepaprastai stiprus magnetinis laukas.“

Vadovaujantis kvantine teorija, stipriai įmagnetintoje aplinkoje sklindanti šviesa poliarizuojama dviem kryptimis – lygiagrečiai ir statmenai magnetiniam laukui. Poliarizacijos stiprumas ir kryptis atskleidžia daug informacijos apie magnetinio lauko sandarą bei netoli neutroninės žvaigždės esančios medžiagos agregatinę būseną ir suteikia mokslininkams duomenų, kurių neįmanoma gauti kitais būdais.

Esant dideliam energijos kiekiui, turėtų dominuoti statmenai magnetiniam laukui poliarizuoti fotonai (šviesos dalelės), todėl ir buvo užfiksuotas minėtasis 90 laipsnių skirtumas.

Padujos universiteto profesorius Roberto Turolla, taip pat esantis Londono universiteto koledžo Mullardo kosmoso mokslų laboratorijos garbės profesoriumi, sakė: „Esant nedideliam energijos kiekiui stebima poliarizacija mums sako, kad žvaigždės magnetinis laukas greičiausiai yra toks stiprus, jog jos atmosferą pavertė kieta medžiaga arba skysčiu. Šis procesas vadinamas magnetine kondensacija.“

Manoma, kad magnetaro plutoje jonai išsidėstę gardele, kuriai suirti neleidžia magnetinis laukas. Tokiu atveju atomai būtų ne sferiniai, bet pailgi – ištęsti magnetinio lauko veikimo kryptimi.

Mokslininkai iki šiol nesutaria, ar magnetarai ir kitos neutroninės žvaigždės turi atmosferą, o naujajame moksliniame darbe aprašyta pirmoji neutroninė žvaigždė, kurios ypatybės leidžia daryti prielaidą, kad ji turi kietą plutą.

Britų Kolumbijos universiteto profesorius Jeremy Heylas pridūrė: „Taip pat derėtų pabrėžti, kad, atsižvelgus į kvantinės elektrodinamikos dėsnius, ką padarėme kurdami teorinius modelius, gaunami rezultatai, panašūs į IXPE surinktus duomenis. Tiesa, mes vis tiek nagrinėjame alternatyvius modelius IXPE duomenims paaiškinti, nes kol kas skaitiniai modeliai to padaryti negali.“

Šaltiniai:

• https://www.science.org/doi/10.1126/science.add0080
• https://scitechdaily.com/completely-unexpected-scientists-discover-a-magnetized-dead-star-with-a-solid-surface/