Рентгеновский телескоп IXPE впервые измерил поляризацию излучения магнитара

Рентгеновская космическая обсерватория IXPE впервые измерила поляризацию рентгеновского излучения от магнитара. Излучение от 4U 0142+61 характеризуется двумя нормальными модами с линейной поляризацией в двух диапазонах энергий, а испускается оно, по мнению ученых, протяженной области на поверхности нейтронной звезды. Препринт работы доступен на сайте arXiv.org.

Магнитары представляют собой редкий тип нейтронных звезд, которые обладают очень сильными магнитными полями с напряженностями выше 10¹⁴ гаусс. В настоящее время ученым известно около 30 магнитаров, многие из которых обнаруживаются только в периоды повышенной активности. Эти нейтронные звезды помимо импульсного излучения способны генерировать всплески жесткого рентгеновского излучения, в том числе редкие гиперэнергетические вспышки, характеризующиеся светимостью 10³⁸–10⁴⁷ эрг в секунду и длительностью 0,1–100 секунд. 

Предполагается, что излучение с поверхности сильно намагниченных нейтронных звезд характеризуется двумя нормальными модами с линейной поляризацией, при этом ожидаемая степень поляризации сильно зависит от физического состояния самых внешних слоев звезды — от 10 процентов (если поверхность голая) до 80 процентов (в случае намагниченной атмосферы). При этом, из-за малых размеров нейтронных звезд, рентгеновское излучение от них для земного наблюдателя будет демонстрировать гораздо более низкую степень линейной поляризации. Если для измерений поляризации излучения от замагниченных нейтронных звезд задействовать достаточно мощный телескоп, то можно не только получить данные о физических условиях на поверхности нейтронной звезды, но и получить новые доказательства двойного лучепреломления в вакууме — квантового эффекта, предсказываемого для сверхсильных полей.

Группа астрономов во главе с Роберто Таверной (Roberto Taverna) из Падуанского университета сообщила о первом обнаружении поляризации рентгеновского излучения от яркого магнитара 4U 0142+61, расположенного в 13 тысячах световых лет от Солнца в созвездии Кассиопеи. Он классифицирован как аномальный рентгеновский пульсар, характеризующийся периодом вращения 8,69 секунды и напряженностью магнитного поля 1,3×10¹⁴ гаусс. Открытие было сделано при помощи рентгеновского космического телескопа IXPE, запущенного в космос в конце прошлого года, наблюдения велись с 31 января по 27 февраля 2022 года.

Анализ данных, собранных IXPE, выявил две различные картины поляризации при низких (2–4 килоэлектронвольт) и высоких (5,5–8 килоэлектронвольт) энергиях квантов. Во всем диапазоне энергий степень линейной поляризации излучения составляет 12 процентов, в диапазоне низких энергий — 14 процентов, в диапазоне энергий квантов 5,5–8 килоэлектронвольт — 41 процент, а в диапазоне энергий квантов 4–5 килоэлектронвольт степень поляризации падает ниже предела инструментальной чувствительности. Это говорит о том, что излучение от магнитара характеризуется двумя нормальными модами с линейной поляризацией в двух диапазонах энергий. При этом отмечается, что данные наблюдений не вписываются в модель, где тепловое излучение от магнитара исходит из небольшой области, например полярной шапки, гораздо лучше подходит модель, в которой излучение испускается протяженной областью на поверхности нейтронной звезды.

Ранее мы рассказывали о том, как ученые впервые увидели движение горячих пятен на магнитаре.

Александр Войтюк