Sciencemag.cz
Doporučujeme
Efekt předpovězený kvantovou elektrodynamikou (QED) může vysvětlit jinak záhadné pozorování polarizovaného rentgenového záření emitovaného magnetarem.
Magnetar 4U 0142+61 je od nás vzdálen asi 13 000 světelných let v souhvězdí Kassiopea. Příslušná neutronová hvězda má magnetické pole asi 100bilionkrát (trillion) silnější než Země. Dalo se proto předpokládat, že její rentgenové záření bude vysoce polarizované. Družice NASA IXPE (Imaging X-ray Polarimetry Explorer) ale loni zjistila, že rentgenové záření s nižšími a vyššími energiemi je polarizováno odlišně – v pravém úhlu k sobě. Bylo to překvapivé, fyzik Dong Lai z Cornellovy univerzity ale nyní tvrdí, že vše lze dobře vysvětlit pomocí metamorfózy fotonů; jevu, který byl kvantovou elektrodynamikou teoreticky předpovězen, ale dosud nebyl přímo pozorován. I proto, že QED dosud nebyla údajně testována v tak silných magnetických polích. Dong Lai a Wynn Ho publikovali příslušné výpočty už před 20 lety.
QED předpovídá, že když rentgenové fotony opouštějí tenkou atmosféru horkého zmagnetizovaného plynu (plazmatu) neutronové hvězdy, procházejí fází tzv. vakuové rezonance. Elektricky nenabité fotony se mohou dočasně přeměnit na dvojice virtuálních elektronů a pozitronů („přeměna energie na hmotnost“), které jsou ovlivňovány supersilným magnetickým polem magnetaru i ve vakuu. Tento jev, tzv. dvojlom vakua, byl také dlouho předpovězen pouze teoreticky a podařilo se ho v praxi pozorovat rovněž teprve před několika lety. V kombinaci se souvisejícím procesem, dvojlomem plazmatu, se podle Laiovy analýzy má polarita vysokoenergetického rentgenového záření vychýlit oproti nízkoenergetickému rentgenovému záření právě o oněch zjištěných 90 stupňů.
Mise IXPE přitom nepozorovala změnu polarizace záření u jiného magnetaru 1RXS J170849.0-400910 s ještě silnějším magnetickým polem. D. Lai ale tvrdí, že i to je v souladu s jeho výpočty, které naznačují, že k vakuové rezonanci a metamorfóze fotonů by v tomto případě docházelo velmi hluboko uvnitř neutronové hvězdy.
Z druhé strany pak příslušná interpretace chování záření u magnetaru 4U 0142+61 umožňuje získat o hvězdě další informace, stanovit přesnější „povolený“ rozsah pro její magnetické pole i rotaci.
Dong Lai, IXPE detection of polarized X-rays from magnetars and photon mode conversion at QED vacuum resonance, Proceedings of the National Academy of Sciences (2023). DOI: 10.1073/pnas.2216534120
Zdroj: Cornell University / Phys.org
