Insight-HXMT:s upptäckt av den fundamentala elektroncyklotronabsorptionslinjen nära 146 keV för den första galaktiska ultraluminösa röntgenpulsaren Swift J 0243.6+6124. Kredit:IHEP
Neutronstjärnor har de starkaste magnetfälten i universum, och det enda sättet att mäta deras ytmagnetiska fält direkt är att observera cyklotronabsorptionslinjerna i deras röntgenenergispektra. Insight-HXMT-teamet har nyligen upptäckt en cyklotronabsorptionslinje med en energi på 146 keV i neutronstjärnans röntgenbinära Swift J0243.6+6124, motsvarande ett ytmagnetfält på mer än 1,6 miljarder Tesla. Efter direkt mätning av det starkaste magnetfältet i universum på cirka 1 miljard Tesla år 2020 har världsrekorden för absorptionslinjen för cyklotron med högst energi och direkt mätning av det starkaste magnetfältet i universum slagits.
Resultaten, som erhållits gemensamt av nyckellaboratoriet för partikelastrofysik vid Institute of High Energy Physics (IHEP) vid den kinesiska vetenskapsakademin och Institutet för astronomi och astrofysik, Kepler Center for Astro and Particle Physics, University of Tübingen (IAAT) , publicerades den 28 juni i Astrophysical Journal Letters (ApJL). Dr Kong Lingda, Prof Zhang Shu och Prof Zhang Shuangnan från IHEP är motsvarande författare till uppsatsen. Dr Victor Doroshenko och Prof. Andrea Santangelo från universitetet i Tübingen bidrog avsevärt till upptäckten.
Ett binärt röntgensystem för neutronstjärnor består av en neutronstjärna och dess följestjärna. Under neutronstjärnans starka gravitationskraft faller följeslagarens gas mot neutronstjärnan och bildar en ansamlingsskiva. Plasmat i ansamlingsskivan kommer att falla längs magnetiska linjer till neutronstjärnans yta, där kraftfull röntgenstrålning frigörs. Tillsammans med neutronstjärnans rotation resulterar sådana emissioner i periodiska röntgenpulssignaler, därav namnet "röntgentillväxtpulsar" för dessa objekt.
Många observationer har avslöjat att dessa typer av objekt har absorptionsstrukturer i sina röntgenstrålningsspektra, nämligen cyklotronabsorptionslinjer, som tros vara orsakade av resonansspridning och därmed absorption av röntgenstrålar av elektroner som rör sig längs de starka magnetfälten. Absorptionsstrukturens energi motsvarar styrkan hos ytmagnetfältet hos en neutronstjärna; därför kan detta fenomen användas för att direkt mäta styrkan på magnetfältet nära neutronstjärnans yta.
Ultraluminösa röntgenpulsarer är en klass av objekt vars röntgenljusstyrka vida överstiger den för kanoniska röntgenpulsarer. De har tidigare upptäckts i flera galaxer långt från Vintergatan. Astronomer har spekulerat i att deras pulsarer har höga magnetfältstyrkor även om direkta mätbevis fortfarande saknas.
Insight-HXMT gjorde detaljerade och bredbandsobservationer av utbrottet av Swift J0243.6+6124, Vintergatans första ultraluminösa röntgenpulsar, och upptäckte otvetydigt dess cyklotronabsorptionslinje. Denna linje avslöjade energi upp till 146 keV (med detekteringssignifikans på cirka 10 gånger standardavvikelsen), vilket motsvarar ett ytmagnetfält på mer än 1,6 miljarder Tesla. Detta är inte bara det starkaste magnetfältet som har uppmätts direkt i universum hittills utan också den första detekteringen av en elektroncyklotronabsorptionslinje i en ultraluminös röntgenkälla, vilket ger en direkt mätning av neutronstjärnans magnetfält på ytan.
Man tror att neutronstjärnornas ytmagnetiska fält har komplexa strukturer, allt från dipolfält mycket långt från neutronstjärnan till multipolfält som bara påverkar området nära neutronstjärnan. De flesta tidigare indirekta uppskattningar av neutronstjärnornas magnetfält har dock endast undersökt dipolfälten.
Den här gången är den direkta magnetfältsmätningen av Insight-HXMT baserad på cyklotronabsorptionslinjen ungefär en storleksordning större än den som uppskattas med indirekta medel. Detta fungerar som det första konkreta beviset på att en neutronstjärnas magnetfältsstruktur är mer komplex än den för ett traditionellt symmetriskt dipolfält, och det ger också den första mätningen av den icke-symmetriska komponenten av en neutronstjärnas magnetfält.
Insight-HXMT är den första kinesiska röntgenastronomisatelliten. Det omfattar vetenskaplig nyttolaster inklusive ett högenergiteleskop, medelenergiteleskop, lågenergiteleskop och en rymdmiljömonitor. Insight-HXMT har fördelar jämfört med andra röntgensatelliter när det gäller bredband (1-250 keV) spektral täckning, stor effektiv yta vid höga energier, hög tidsupplösning, låg dödtid och inga pile-up-effekter för ljuskällor, vilket öppnar upp ett nytt fönster för att observera svarta hål, neutronstjärnor med hårda röntgenövergångar och energispektrumstudier.
År 2020 rapporterade Insight-HXMT-teamet upptäckten av en 90 keV cyklotronabsorptionslinje från en neutronstjärna i det binära röntgensystemet GRO J1008-57, motsvarande ett ytmagnetfält på 1 miljard Tesla, vilket satte världsrekord för direkt mätning av universums starkaste magnetfält vid den tiden. Senare upptäcktes ett nytt rekord för en cyklotronabsorptionslinje – med sin högsta energi runt 100 keV – av Insight-HXMT från en annan neutronstjärna i 1A 0535+262. Insight-HXMT har visat sin exceptionella förmåga att utforska energispektrumet genom att slå sina egna rekord för upptäckter av cyklotronabsorptionslinjer. + Utforska vidare
