Marie Leroy
Un “effet magnifique” prédit par l’électrodynamique quantique (QED) peut expliquer les premières observations déroutantes de rayons X polarisés émis par un magnétar – une étoile à neutrons dotée d’un champ magnétique puissant, selon un astrophysicien de Cornell.
Le reste extrêmement dense et chaud d’une étoile significant, dotée d’un champ magnétique 100 billions de fois additionally fort que celui de la Terre, devait générer des rayons X hautement polarisés, ce qui signifie que le champ électromagnétique du rayonnement ne vibrait pas au hasard mais avait une route préférée.
Mais les scientifiques ont été surpris lorsque le satellite Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE) de la NASA a détecté l’année dernière que les rayons X à basse et haute énergie étaient polarisés différemment, avec des champs électromagnétiques orientés à angle droit les uns par rapport aux autres.
Le phénomène peut s’expliquer naturellement à la suite de la “métamorphose des photons” – une transformation des photons aux rayons X qui a été théorisée mais jamais directement observée, a déclaré Dong Lai, Ph.D. ’94, le Benson Jay Simon ’59, MBA ’62, et Mary Ellen Simon, MA ’63, professeur d’astrophysique au Collège des arts et des sciences.
“Dans cette observation du rayonnement d’un objet céleste lointain, nous voyons un bel effet qui est une manifestation d’une physique complexe et fondamentale”, a déclaré Lai. “QED est l’une des théories physiques les moreover réussies, mais elle n’a pas été testée dans des conditions de champ magnétique aussi fortes.”
Lai est l’auteur de “IXPE Detection of Polarized X-rays from Magnetars and Photon Manner Conversion at QED Vacuum Resonance”, publié le 18 avril dans Actes de l’Académie nationale des sciences.
La recherche s’appuie sur les calculs de Lai et Wynn Ho, Ph.D. ’03, publié il y a 20 ans, incorporant les observations rapportées par la NASA en novembre dernier du magnétar 4U 0142+61, situé à 13 000 années-lumière dans la constellation de Cassiopée.
L’électrodynamique quantique, qui décrit les interactions microscopiques entre les électrons et les photons, prédit que lorsque les photons X sortent de la high-quality atmosphère de gaz chaud magnétisé ou de plasma de l’étoile à neutrons, ils traversent une section appelée résonance du vide.
“Vous pouvez considérer la polarisation comme deux saveurs de photons”, a-t-il déclaré. “Un photon passant soudainement d’une saveur à une autre – vous ne voyez généralement pas ce style de chose. Mais c’est une conséquence naturelle de la physique si vous appliquez la théorie dans ces problems extrêmes.”
La mission IXPE n’a pas vu l’oscillation de polarisation dans les observations d’un autre magnétar, appelé 1RXS J170849.-400910, avec un champ magnétique encore additionally fort. Lai a déclaré que cela correspondait à ses calculs, qui suggèrent que la résonance du vide et la métamorphose des photons se produiraient très profondément à l’intérieur d’une telle étoile à neutrons.
Lai a déclaré que son interprétation des observations de l’IXPE sur le magnétar 4U 0142+61 a aidé à limiter son champ magnétique et sa rotation, et a suggéré que son atmosphère était probablement composée d’éléments lourds partiellement ionisés.
L’étude en cours des rayons X de certains des objets les in addition extrêmes de l’univers, y compris les étoiles à neutrons et les trous noirs, a-t-il dit, permet aux scientifiques de sonder le comportement de la matière dans des conditions qui ne peuvent pas être reproduites en laboratoire, et ajoute à la compréhension de la la beauté et la diversité de l’univers.
“Les observations de l’IXPE ont ouvert une nouvelle fenêtre pour étudier l’environnement de floor des étoiles à neutrons”, a déclaré Lai. “Cela conduira à de nouvelles perspectives sur ces objets énigmatiques.”
