Некоторые нейтронные звезды обладают экстремально мощным магнитным полем. Судя по поляризации излучения одного из таких магнетаров, это поле настолько сильно, что вызывает конденсацию атмосферы и ее переход в твердую фазу.
Магнетар: взгляд художника / ©L. Calçada, ESO
В конце своей жизни, исчерпав топливо для термоядерных реакций, крупные звезды коллапсируют под действием собственной гравитации. Самые большие из них образуют черные дыры, а те, кому массы недостаточно, становятся нейтронными звездами. Это объекты невероятной плотности: при размерах в пару десятков километров они набирают массу, сравнимую с массой целого Солнца. А некоторые отличаются еще экстремально сильным магнитным полем. Время от времени такие магнетары вспыхивают и за доли секунды выбрасывают невероятные количества энергии, в том числе в виде рентгеновских и гамма-лучей.
Физика нейтронных звезд и магнетаров чрезвычайно сложна, и исследователи до сих пор в точности не знают, как устроены их поверхность и атмосфера. Ответить на эти вопросы поможет новая работа международной команды европейских ученых. Судя по ее результатам, магнетары обладают твердой поверхностью, а атмосферы у них нет. Статья Сильвии Зейн (Silvia Zane) и ее коллег опубликована в журнале Science.
Авторы использовали данные космической обсерватории NASA IXPE, которая следит за поляризацией рентгеновского излучения черных дыр и нейтронных звезд. Объектом послужил магнетар 4U 0142+61, расположенный в 13 тысячах световых лет от нас. Атмосфера выступает своего рода фильтром для фотонов, вызывая их поляризацию. Однако наблюдения показали, что излучение 4U 0142+61 поляризовано недостаточно, что может говорить об отсутствии атмосферы. Из-за экстремально сильного магнитного поля газ, который мог окружать звезду, перешел в твердую фазу.
Вместе с тем ученые выяснили, что рентгеновские фотоны 4U 0142+61 поляризованы в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Это согласуется с теорией, согласно которой, проходя через сверхмощное магнитное поле, излучение приобретает поляризацию в одном из двух направлений. Фотоны сравнительно низких энергий поляризуются параллельно его силовым линиям, но чем выше их энергия, тем чаще появляются частицы, поляризованные перпендикулярно магнитному полю.
«Поляризация фотонов низких энергий говорит о том, что магнитное поле исключительно сильно и превращает атмосферу вокруг звезды в твердое тело или жидкость во время процесса, известного как магнитная конденсация», — отметил профессор Роберто Туролла (Roberto Turolla), один из авторов работы.
