科学家发现了一个具有固体表面的磁化死星

发表在《科学》杂志上的研究利用美国宇航局成像X射线偏振探测器（IXPE）卫星的数据表明，被称为磁星的高磁化死星有固体表面，没有大气。由帕多瓦大学的研究人员领导的这项研究代表了首次观察到来自磁性星球的偏振X射线，这也是首次观察到来自磁性星球的偏振X射线光。

艺术家的形象图显示Westerund1.星团中的磁星

IXPE是美国宇航局和意大利宇航局之间的合作，允许科学家通过测量X射线的偏振，即光波的振荡方向来检查宇宙中的X射线。该小组研究了位于仙后座、距地球约13000光年的磁星4U0142+61。

磁星是中子星-大质量恒星衰变后的残余核心，它们在生命的最后阶段形成超新星爆发。与其他中子星不同，它拥有宇宙中最强大的磁场，释放出明亮的X射线，显示出一个不稳定的活动期。仅仅1秒释放的能量比我们太阳一年释放的能量大数百万倍，这被认为是由其超强磁场驱动的，比标准中子星强100~1000倍。

研究小组发现，当X射线穿过大气层时，偏振的比例比预期的低得多。（所谓偏振光，是指摇晃在同一方向上的光。也就是说，电场只通过一种方法振动。大气层就像滤光器一样，只选择光的一种偏振状态）。

研究小组还发现，对于能量较高的光粒子来说，与能量较低的光相比，它的偏振角--摆动--正好反转了90度。这正如理论模型预测的那样，如果恒星有固体外壳，那么周围就有充满电流的外部磁层。

共同第一作者、IXPE科学小组成员西尔维亚·Zane教授（UCL Mullard空间科学实验室）说。“这完全出乎我的意料，以前我确信有一个大气层，但这颗恒星的气体达到了临界点，以水可能变成冰的方式变成了固体，这是恒星难以置信的强磁场造成的结果，但和水一样，温度也是因素，更热的气体会变成固体需要更强的磁场。接下来的工作是观察更热的东西，比如磁场。中子星研究温度和磁场的相互作用如何影响恒星表面的特性。"

主要作者、帕多瓦大学的罗伯特·塔维纳博士说。“我们能观察到的最令人激动的特点是，偏振方向随能量而变化，偏振角刚好摆动90度，这与理论模型的预测一致，证实磁星被赋予了非常强的磁场。”

量子理论预测在强磁化环境中传播的光在平行于磁场并且垂直于磁场的两个方向上偏振。观测到的偏振光的数量和方向具有磁场结构和中子星附近物质的物理状态的标志，提供了其他方法无法得到的信息。在高能量下，预计垂直于磁场偏振的光子（光的粒子）占主导地位，引起观察到的90度偏振摆动。

帕多瓦大学的Roberto Turolla教授、UCL Mullard空间科学实验室的名誉教授说：“低能量的极化表明，磁场可能越强，将恒星周围的大气变成固体或液体，这种现象称为磁凝结。”。

这颗恒星的固体壳被认为是由离子晶格形成的，并被磁场固定。原子不是球形的，而是向磁场的方向延伸。

磁星和其他中子星是否有大气层仍然是一个有争议的话题。但这篇新论文是对中子星的首次观察，固体壳是可靠的解释。

英国哥伦比亚大学（UBC）教授杰里米·海尔说“同样值得注意的是，正如在理论建模中所做的那样，包括量子电动力学效应，所得到的结果与IXPE的观测结果一致。尽管如此，我们仍在研究解释IXPE数据的替代模型，但这些模型缺少合适的数字模拟。”。