Esta imagen del remanente de supernova Cassiopeia A, el primer objeto observado por el satélite Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE) de la NASA, combina algunos de los primeros datos de rayos X recopilados por IXPE, que se muestran en magenta. - NASA/CXC/SAO/IXPE
MADRID, 10 May. (EUROPA PRESS) -
Un "hermoso efecto" predicho por la electrodinámica cuántica (QED) puede explicar desconcertantes observaciones de rayos X polarizados emitidos por un magnetar o estrella de neutrones magnetizada.
Se esperaba que el remanente extremadamente denso y caliente de una estrella masiva, con un campo magnético 100 billones de veces más fuerte que el de la Tierra, generara rayos X altamente polarizados, lo que significa que el campo electromagnético de la radiación no vibraba al azar sino que tenía una dirección preferida.
Pero los científicos se sorprendieron cuando el satélite Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE) de la NASA detectó el año pasado que los rayos X de menor y mayor energía estaban polarizados de manera diferente, con campos electromagnéticos orientados en ángulo recto entre sí.
El fenómeno puede explicarse naturalmente como resultado de la "metamorfosis de fotones", una transformación de fotones de rayos X que ha sido teorizada pero nunca observada directamente, dijo Dong profesora de Astrofísica y autora de la investigación, que se publica en Proceedings of the National Academy of Sciences.
"En esta observación de la radiación de un objeto celeste lejano, vemos un hermoso efecto que es una manifestación de la física fundamental e intrincada", dijo Lai en un comunicado. "QED es una de las teorías de física más exitosas, pero no había sido probada en condiciones de campo magnético tan fuertes".
La electrodinámica cuántica, que describe interacciones microscópicas entre electrones y fotones, predice que cuando los fotones de rayos X salen de la delgada atmósfera de plasma o gas magnetizado caliente de la estrella de neutrones, pasan a través de una fase llamada resonancia de vacío.
Allí, dijo Lai, los fotones, que no tienen carga, pueden convertirse temporalmente en pares de electrones y positrones "virtuales" que están influenciados por el campo magnético súper fuerte del magnetar incluso en el vacío, un proceso llamado "birrefringencia de vacío". En combinación con un proceso relacionado, la birrefringencia de plasma, se crean las condiciones para que la polaridad de los rayos X de alta energía oscile 90 grados en relación con los rayos X de baja energía, según el análisis de Lai.
"Puedes pensar en la polarización como dos sabores de fotones", dijo. "Un fotón que se convierte repentinamente de un sabor a otro, por lo general no ves este tipo de cosas. Pero es una consecuencia natural de la física si aplicas la teoría en estas condiciones extremas".
La misión IXPE no vio el cambio de polarización en las observaciones de otro magnetar, llamado 1RXS J170849.0-400910, con un campo magnético aún más fuerte. Lai dijo que eso es consistente con sus cálculos, que sugieren que la resonancia del vacío y la metamorfosis de fotones ocurrirían en las profundidades de una estrella de neutrones de este tipo.
Lai dijo que su interpretación de las observaciones de IXPE del magnetar 4U 0142+61 ayudó a restringir su campo magnético y rotación, y sugirió que su atmósfera probablemente estaba compuesta de elementos pesados parcialmente ionizados.
El estudio en curso de los rayos X de algunos de los objetos más extremos del universo, incluidas las estrellas de neutrones y los agujeros negros, dijo, permite a los científicos investigar el comportamiento de la materia en condiciones que no se pueden replicar en los laboratorios y contribuye a la comprensión de la la belleza y diversidad del universo.
"Las observaciones de IXPE han abierto una nueva ventana para estudiar el entorno de la superficie de las estrellas de neutrones", dijo Lai. "Esto conducirá a nuevos conocimientos sobre estos enigmáticos objetos".
Andalucía
