美国国家航空航天局IXPE在中子星发现强大磁场和固体地壳

发射后不到一年，美国国家航空航天局的成像X射线偏振探测器（IXPE）对一颗中子星的观测证实了科学家们之前的理论：磁星具有超强磁场，并且高度偏振。

科学家们使用IXPE观测了磁星4U 0142+61，这是一颗位于仙后座的中子星，距离地球约13000光年。这是首次从磁星观测到X射线偏振，磁星是宇宙中磁场最强的中子星。

天文学家发现，这颗中子星可能有一个固体表面，没有大气层。这是科学家首次能够可靠地得出中子星有裸露固体外壳的结论，这一发现是由IXPE的X射线偏振测量促成的。

偏振是光的一种性质，它告诉我们构成所有波长光的相互连接的电场和磁场。这些场相对于光的传播路径以直角振荡或振动。当它的电场在一个统一的方向上振动时，我们说光是偏振的。

天文学家还发现，偏振角取决于光粒子的能量，与低能光相比，高能光的偏振角为90度。

帕多瓦大学的Roberto Taverna是《科学》杂志上这项新研究的主要作者，他说：“我们发现，如果这颗恒星有一个被充满电流的外部磁层包围的固体地壳，那么它的偏振角正好摆动了90度，这符合理论模型的预测。”

科学家们惊讶地发现，能级会影响极化。

“根据目前磁星的理论，我们预计会探测到偏振，但没有人预测偏振会取决于能量，就像我们在这颗磁星上看到的那样，”美国国家航空航天局荣誉退休科学家马丁·韦斯科普夫说，他从任务开始到2022年春季领导IXPE团队。

这张照片显示了磁星4U 0142+61在宇宙中的位置。磁星是一颗位于仙后座的中子星，距离地球约13000光年。

此外，低能量下的极化表明，磁场的强大程度令人难以想象，它可能会将中子星周围的大气层变成固体或液体。

“这是一种被称为磁凝聚的现象，”IXPE磁星专题工作组主席Roberto Turolla与帕多瓦大学和伦敦大学学院表示。

磁星和其他中子星是否有大气层仍然是一个争论的主题。

由于X射线偏振测量，天体物理学家现在能够在测试X射线发射模型的参数时检查偏振度及其位置角。IXPE的观测结果将有助于X射线天文学家更好地了解磁星和黑洞等极端物体的物理性质。

罗马INAF空间天体物理和行星学研究所的IXPE意大利项目科学家Fabio Muleri说：“在磁星4U 0142+61之外，IXPE正被用于研究各种极端X射线源，并取得了许多令人兴奋的结果。”

对于Weisskopf来说，很明显IXPE的观察是至关重要的。

他说：“在我看来，毫无疑问，IXPE已经表明，X射线偏振测量对于加深我们对这些迷人的X射线系统如何工作的理解是重要和相关的。”“未来的特派团必须认识到这一事实。”

IXPE建立在美国国家航空航天局钱德拉X射线天文台和其他太空望远镜的发现之上，通过测量X射线的偏振。

作为美国国家航空航天局小型探测器系列任务的一部分，XPE于2021年12月在佛罗里达州肯尼迪航天中心用猎鹰9号火箭发射。它现在绕地球赤道上空370英里（约合595公里）的轨道运行。此次任务是美国国家航空航天局和意大利航天局的合作，在13个国家有合作伙伴和科学合作者。Ball Aerospace总部位于科罗拉多州布鲁姆菲尔德，负责管理航天器运营。