رکورد جدید اندازه گیری قوی ترین میدان مغناطیسی در جهان

12 جولای 2022 – توسط آکادمی علوم چین -Insight-HXMT خط اصلی جذب سیکلوترون الکترون را در نزدیکی 146 کیلو ولت برای اولین تپ اختر پرتو ایکس کهکشانی Swift J 0243.6+6124 کشف کرد. اعتبار IHEP

ستاره‌های نوترونی قوی‌ترین میدان‌های مغناطیسی را در جهان دارند و تنها راه برای اندازه‌گیری مستقیم میدان مغناطیسی سطح آنها، مشاهده خطوط جذب سیکلوترون در طیف انرژی پرتو ایکس آنهاست. تیم Insight-HXMT اخیراً یک خط جذب سیکلوترون با انرژی 146 کو در ستاره نوترونی پرتو ایکس Swift J0243.6+6124 باینری کشف کرده است که مربوط به میدان مغناطیسی سطحی بیش از 1.6 میلیارد تسلا است. پس از اندازه‌گیری مستقیم قوی‌ترین میدان مغناطیسی جهان در حدود ۱ میلیارد تسلا در سال ۲۰۲۰، رکوردهای جهانی برای بالاترین خط جذب انرژی سیکلوترون و اندازه‌گیری مستقیم قوی‌ترین میدان مغناطیسی در جهان شکسته شد.

این یافته ها به طور مشترک توسط آزمایشگاه کلیدی اخترفیزیک ذرات در موسسه فیزیک انرژی بالا (IHEP) آکادمی علوم چین و موسسه اخترشناسی و اخترفیزیک، مرکز کپلر برای اختر و فیزیک ذرات، دانشگاه توبینگن (IAAT) به دست آمده است. ، در 28 ژوئن در Astrophysical Journal Letters (ApJL) منتشر شد. دکتر کونگ لینگدا، پروفسور ژانگ شو و پروفسور ژانگ شوانگنان از IHEP نویسندگان متناظر مقاله هستند. دکتر ویکتور دوروشنکو و پروفسور آندریا سانتانجلو از دانشگاه توبینگن به طور قابل توجهی در این کشف مشارکت داشتند.

یک سیستم دوتایی پرتو ایکس ستاره نوترونی از یک ستاره نوترونی و ستاره همراه آن تشکیل شده است. تحت نیروی گرانشی قوی ستاره نوترونی، گاز ستاره همراه به سمت ستاره نوترونی می افتد و یک قرص برافزایشی را تشکیل می دهد. پلاسما در دیسک برافزایشی در امتداد خطوط مغناطیسی به سطح ستاره نوترونی می افتد، جایی که تابش پرتو ایکس قدرتمندی منتشر می شود. همراه با چرخش ستاره نوترونی، چنین گسیل‌هایی منجر به سیگنال‌های پالس پرتو ایکس دوره‌ای می‌شود، از این رو به این اجرام “تپ اختر برافزایش اشعه ایکس” می‌گویند.

بسیاری از مشاهدات نشان داده اند که این نوع اجسام دارای ساختارهای جذبی در طیف تابش اشعه ایکس خود هستند، یعنی خطوط جذب سیکلوترون، که تصور می شود ناشی از پراکندگی تشدید و در نتیجه جذب پرتوهای ایکس توسط الکترون هایی است که در امتداد میدان های مغناطیسی قوی حرکت می کنند. انرژی ساختار جذب مطابق با قدرت میدان مغناطیسی سطح یک ستاره نوترونی است. بنابراین می توان از این پدیده برای اندازه گیری مستقیم قدرت میدان مغناطیسی نزدیک سطح ستاره نوترونی استفاده کرد.

تپ اخترهای پرتو ایکس فوق درخشان دسته ای از اجرام هستند که درخشندگی اشعه ایکس آنها بسیار بیشتر از تپ اخترهای متعارف برافزایش اشعه ایکس است. آنها قبلاً در چندین کهکشان دور از کهکشان راه شیری کشف شده بودند. ستاره شناسان حدس می زنند که تپ اخترهای آنها دارای قدرت میدان مغناطیسی بالایی هستند، اگرچه شواهد اندازه گیری مستقیم هنوز وجود ندارد.

Insight-HXMT مشاهدات دقیق و پهنای باندی از فوران Swift J0243.6+6124، اولین تپ اختر پرتو ایکس کهکشان راه شیری انجام داد و به طور واضح خط جذب سیکلوترون آن را کشف کرد. این خط انرژی تا 146 کو (با اهمیت تشخیص حدود 10 برابر انحراف استاندارد) را نشان داد که مربوط به میدان مغناطیسی سطحی بیش از 1.6 میلیارد تسلا است. این نه تنها قوی‌ترین میدان مغناطیسی است که تا به امروز مستقیماً در جهان اندازه‌گیری شده است، بلکه اولین کشف خط جذب الکترون سیکلوترون در یک منبع پرتو ایکس فوق‌العاده است، بنابراین اندازه‌گیری مستقیم میدان مغناطیسی سطح ستاره نوترونی را فراهم می‌کند.

اعتقاد بر این است که میدان‌های مغناطیسی سطحی ستارگان نوترونی ساختارهای پیچیده‌ای دارند، از میدان‌های دوقطبی بسیار دور از ستاره نوترونی تا میدان‌های چند قطبی که فقط بر ناحیه نزدیک به ستاره نوترونی تأثیر می‌گذارند. با این حال، بیشتر تخمین‌های غیرمستقیم قبلی از میدان‌های مغناطیسی ستارگان نوترونی فقط میدان‌های دوقطبی را بررسی کرده‌اند.

این بار، اندازه‌گیری میدان مغناطیسی مستقیم توسط Insight-HXMT بر اساس خط جذب سیکلوترون تقریباً یک مرتبه بزرگ‌تر از اندازه‌گیری با استفاده از روش‌های غیرمستقیم است. این اولین مدرک عینی است که نشان می دهد ساختار میدان مغناطیسی یک ستاره نوترونی پیچیده تر از یک میدان دوقطبی متقارن سنتی است، و همچنین اولین اندازه گیری مولفه نامتقارن میدان مغناطیسی ستاره نوترونی را ارائه می دهد.

Insight-HXMT اولین ماهواره نجوم پرتو ایکس چین است. این شامل محموله های علمی از جمله تلسکوپ پرانرژی، تلسکوپ با انرژی متوسط، تلسکوپ کم انرژی و مانیتور محیط فضایی است. Insight-HXMT نسبت به سایر ماهواره های اشعه ایکس از نظر پوشش طیفی پهن باند (1-250 کیلو ولت)، منطقه موثر بزرگ در انرژی های بالا، وضوح زمان بالا، زمان مرده کم و بدون اثرات انباشته شدن برای منابع روشن، مزایایی دارد. بنابراین پنجره جدیدی برای مشاهده سیاهچاله ها، ستاره های نوترونی با ترا سریع پرتو ایکس سخت باز می شود