磁化死星可能有固体表面

这项研究发表在《科学》杂志上，由帕多瓦大学的研究人员领导，使用了去年12月发射的美国宇航局卫星成像X射线偏振探测仪(IXPE)的数据。这颗卫星是NASA和意大利航天局的合作项目，通过测量其偏振(光波摆动的方向)提供了一种观察太空中X射线光的新方法。

该团队观察了IXPE对位于仙后座的磁星4U0142+61的观测，距离地球约13,000光年。这是第一次观测到来自磁星的偏振X射线。

磁星是中子星——非常致密的大质量恒星的残余核心，它们在生命的尽头爆炸为超新星。与其他中子星不同，它们拥有巨大的磁场——宇宙中最强大的。它们发出明亮的X射线，并显示出不稳定的活动周期，伴随着爆发和耀斑的发射，这些爆发和耀斑可以在短短一秒钟内释放出比我们的太阳在一年内发出的能量大数百万倍的能量。它们被认为是由超强磁场驱动的，比标准中子星强100到1000倍。

研究小组发现，如果X射线穿过大气层，偏振光的比例比预期的要低得多。(偏振光是摆动都在同一个方向上的光——也就是说，电场只以一种方式振动。大气充当过滤器，只选择光的一种偏振状态。)

研究小组还发现，对于较高能量的光粒子，与较低能量的光相比，偏振角(摆动)恰好翻转了90度，这遵循了理论模型所预测的恒星是否被固体外壳包围通过充满电流的外部磁层。

联合主要作者、IXPE科学团队成员SilviaZane教授(伦敦大学学院大盾空间科学实验室)说：“这完全出乎意料。我确信会有大气层。这颗恒星的气体已经达到了一个临界点，成为固体的方式类似于水可能变成冰。这是恒星难以置信的强磁场的结果。

“但是，就像水一样，温度也是一个因素——更热的气体需要更强的磁场才能变成固态。

“下一步是观察具有相似磁场的更热的中子星，以研究温度和磁场之间的相互作用如何影响恒星表面的特性。”

来自帕多瓦大学的主要作者RobertoTaverna博士说：“我们可以观察到的最令人兴奋的特征是偏振方向随能量的变化，偏振角正好摆动90度。

“这与理论模型的预测一致，并证实磁星确实具有超强磁场。”

量子理论预测，在强磁化环境中传播的光会在两个方向上偏振，平行和垂直于磁场。观测到的极化量和方向带有磁场结构和中子星附近物质物理状态的印记，提供了其他情况下无法获得的信息。

在高能下，预计垂直于磁场偏振的光子(光粒子)占主导地位，导致观察到的90度偏振摆动。

帕多瓦大学的罗伯托·图罗拉教授同时也是伦敦大学学院大盾空间科学实验室的名誉教授，他说：“低能极化告诉我们，磁场很可能如此强大，可以使恒星周围的大气层发生转动。变成固体或液体，这种现象称为磁凝聚。”

恒星的固体地壳被认为是由离子晶格组成，由磁场结合在一起。原子不会是球形的，而是在磁场方向上拉长的。

磁星和其他中子星是否有大气层仍然是一个争论的话题。然而，这篇新论文是对中子星的首次观测，其中固体地壳是一个可靠的解释。

不列颠哥伦比亚大学(UBC)的JeremyHeyl教授补充说：“同样值得注意的是，正如我们在理论建模中所做的那样，包括量子电动力学效应，得出的结果与IXPE观察结果相符。不过，我们也在研究替代模型解释仍然缺乏适当数值模拟的IXPE数据。”