اخترشناسان با کمک کاوشگر تصویربرداری قطبش پرتو ایکس ناسا (IXPE)، موفق شدند مگنتار را که دچار فوران عظیم پرتو ایکس شده بود، با جزئیاتی بی‌سابقه رصد کنند. این مشاهده نخستین بار امکان اندازه‌گیری قطبش پرتوهای ایکس ساطع‌شده از ستاره مرده فوق‌مغناطیسی را طی فوران یا «فاز فعال‌سازی» فراهم کرده است. مگنتارها نوعی ستاره‌های نوترونی هستند که قدرتمندترین میدان‌های مغناطیسی شناخته‌شده جهان را دارند.
ثبت پرتوهای ایکس مگنتار فعال
به گزارش اسپیس، مگنتاری که IXPE مشاهده کرد، با نام 1E 1841-045 شناخته می‌شود. این ستاره نوترونی در بقایای ابرنواختری به نام Kes 73، در فاصله حدود ۲۸ هزار سال نوری از زمین قرار دارد. این مگنتار ۲۰ آگوست ۲۰۲۴ ناگهان فعال شد و اخترشناسان را شگفت‌زده کرد.
«میکلا ریگوسلی»، پژوهشگر مؤسسه ملی اخترفیزیک ایتالیا و سرپرست این تیم تحقیقاتی، در بیانیه‌ای گفت:
«این نخستن بار است که توانسته‌ایم قطبش پرتوهای ایکس مگنتار را در وضعیت فعال مشاهده کنیم. این داده‌ها به ما کمک کردند سازوکار و هندسه تابش‌های این وضعیت‌های فعال را محدود کنیم و [بهتر بشناسیم.]
اکنون بسیار جالب خواهد بود که پس از بازگشت 1E 1841-045 به حالت آرام یا خاموش، دوباره آن را رصد کنیم تا ببینیم ویژگی‌های قطبشی آن چگونه طی زمان تغییر می‌کنند.»
«قطبش» جهت‌گیری نوسانات نور است که اطلاعاتی درباره محیط و منبع انتشار نور ارائه می‌دهد.
مگنتارها چطور به وجود می‌آیند؟
مانند سایر ستاره‌های نوترونی، مگنتارها نیز زمانی متولد می‌شوند که عمر ستارگانی با جرم دست‌کم ۱۰ برابر خورشید به پایان می‌رسد و دیگر نمی‌توانند همجوشی هسته‌ای انجام دهند. در این مرحله، تولید فشار تابشی که میلیون‌ها سال از درون ستاره به بیرون جریان داشت و در برابر نیروی گرانش درونی مقاومت می‌کرد، متوقف می‌شود.
در نتیجه این رویداد، هسته ستاره به‌سرعت در هم فرومی‌ریزد و امواج ضربه‌ای به لایه‌های بیرونی آن وارد می‌کند. این امواج منجر به انفجارهای عظیم ابرنواختری می‌شوند که بیشتر جرم ستاره را به فضا پرتاب می‌کنند و بقایایی مانند ناحیه ویران‌شده Kes 73 پدید می‌آورند.
یک قاشق چایخوری از ماده ستاره نوترونی وزنی معادل حدود ۸۵ هزار نهنگ آبی دارد.
آنچه پس از این انفجار باقی می‌ماند، هسته ستاره است که با قطر حدود ۲۰ کیلومتر فشرده شده اما جرمی بین یک تا دو برابر خورشید دارد. این فشردگی شدید باعث می‌شود مواد درون ستاره نوترونی چنان چگال باشد که اگر فقط یک قاشق چایخوری از آن به زمین آورده شود، وزنی حدود ۱۰ میلیون تُن خواهد داشت؛ معادل وزن تقریبی ۸۵ هزار نهنگ آبی بالغ!
مگنتارها قوی‌ترین میدان‌های مغناطیسی شناخته‌شده جهان را دارند!
تصویر هنری از فوران یک مگنتار
یکی دیگر از پیامدهای فروپاشی هسته ستاره‌ای که منجر به تولد ستاره نوترونی می‌شود، فشرده شدن خطوط میدان مغناطیسی آن است. هرچه این خطوط به هم نزدیک‌تر باشند، شدت میدان مغناطیسی بیشتر است؛ به همین دلیل، ستاره‌های نوترونی قوی‌ترین میدان‌های مغناطیسی شناخته‌شده جهان را دارند.
مگنتارها این وضعیت را به مرحله‌ای کاملاً افراطی می‌رسانند؛ میدان مغناطیسی این نوع ستاره‌های نوترونی تا یک‌تریلیون برابر قوی‌تر از مگنتوسفر زمین‌اند. دانشمندان معتقدند محیط‌های مغناطیسی اطراف این ستاره‌ها هیچ نمونه مشابهی در هیچ جای دیگری از کیهان ندارند و بسیار قوی‌تر از میدان‌هایی هستند که می‌توانیم در زمین تولید کنیم.
اخترشناسان می‌توانند با اندازه‌گیری جهت‌گیری منظم یا قطبش نور منتشرشده از این ستاره‌ها، سرنخ‌هایی درباره قدرت میدان مغناطیسی و شرایط اطراف مگنتارها به دست آورند.
زمانی که این ستاره‌های مرده وارد فاز فعال و مرحله فوران می‌شوند، می‌توانند تا هزار برابر بیشتر از حالت آرام خود انرژی آزاد کند! اخترشناسان هنوز دقیق نمی‌دانند چه سازوکارهایی ناگهان انرژی را در مگنتارها افزایش می‌دهد اما رصدهایی مانند آنچه در این پژوهش انجام شد، می‌تواند در رمزگشایی از این فرایندهای ناشناخته کمک کند.
بررسی دقیق مگنتار ۱E ۱۸۴۱-۰۴۵ با کمک کاوشگر IXPE ناسا
دانشمندان در این پژوهش که در مجله علمی The Astrophysical Journal Letters منتشر شده است، دریافتند هرچه سطح انرژی پرتوهای ایکس منتشرشده از مگنتار 1E 1841-045 بیشتر باشد، قطبیده‌تر می‌شوند اما زاویه قطبش این پرتوها ثابت می‌ماند.
یعنی پرتوهای ایکس با انرژی‌های مختلف (کم‌انرژی، میان‌انرژی، پرانرژی) احتمالاً از ناحیه‌ای با جهت‌گیری میدان مغناطیسی یکسان تولید می‌شوند (همان مگنتار). همچنین مشخص شد پرتوهایی که بیشترین انرژی را دارند، بیشتر تحت‌تأثیر میدان مغناطیسی مگنتار هستند.