Le stelle di neutroni hanno i campi magnetici più forti dell'universo e l'unico modo per misurare direttamente il loro campo magnetico superficiale è osservare le linee di assorbimento del ciclotrone nei loro spettri di energia dei raggi X. Il team di Insight-HXMT ha recentemente scoperto una linea di assorbimento del ciclotrone con un'energia di 146 keV nel binario di raggi X della stella di neutroni Swift J0243.6+6124, corrispondente a un campo magnetico superficiale di oltre 1,6 miliardi di Tesla. Dopo la misurazione diretta del campo magnetico più forte dell'universo a circa 1 miliardo di Tesla nel 2020, i record mondiali per la linea di assorbimento del ciclotrone a più alta energia e la misurazione diretta del campo magnetico più forte dell'universo sono stati infranti.

I risultati, ottenuti congiuntamente dal Key Laboratory for Particle Astrophysics presso l'Institute of High Energy Physics (IHEP) dell'Accademia cinese delle scienze e dall'Institute for Astronomy and Astrophysics, Kepler Center for Astro and Particle Physics, University of Tübingen (IAAT) , sono stati pubblicati il ​​28 giugno in Astrophysical Journal Letters (ApJL). Il Dr. Kong Lingda, il Prof. Zhang Shu e il Prof. Zhang Shuangnan dell'IHEP sono gli autori corrispondenti dell'articolo. Il Dr. Victor Doroshenko e il Prof. Andrea Santangelo dell'Università di Tubinga hanno contribuito in modo significativo alla scoperta.

Un sistema binario a raggi X di una stella di neutroni è costituito da una stella di neutroni e dalla sua stella compagna. Sotto la forte forza gravitazionale della stella di neutroni, il gas della stella compagna cade verso la stella di neutroni, formando un disco di accrescimento. Il plasma nel disco di accrescimento cadrà lungo linee magnetiche fino alla superficie della stella di neutroni, dove viene rilasciata una potente radiazione di raggi X. Insieme alla rotazione della stella di neutroni, tali emissioni producono segnali periodici di impulsi di raggi X, da cui il nome "pulsar di accrescimento di raggi X" per questi oggetti.

Molte osservazioni hanno rivelato che questi tipi di oggetti hanno strutture di assorbimento nei loro spettri di radiazione di raggi X, vale a dire linee di assorbimento del ciclotrone, che si pensa siano causate dalla dispersione risonante e quindi dall'assorbimento dei raggi X da parte degli elettroni che si muovono lungo i forti campi magnetici. L'energia della struttura di assorbimento corrisponde all'intensità del campo magnetico superficiale di una stella di neutroni; pertanto, questo fenomeno può essere utilizzato per misurare direttamente l'intensità del campo magnetico vicino alla superficie della stella di neutroni.

Le pulsar a raggi X ultraluminose sono una classe di oggetti la cui luminosità dei raggi X supera di gran lunga quella delle pulsar canoniche che accrescono i raggi X. In precedenza sono stati scoperti in diverse galassie lontane dalla Via Lattea. Gli astronomi hanno ipotizzato che le loro pulsar abbiano un'elevata intensità del campo magnetico anche se mancano ancora prove di misurazione diretta.

Insight-HXMT ha effettuato osservazioni dettagliate ea banda larga dell'esplosione di Swift J0243.6+6124, la prima pulsar a raggi X ultraluminosa della Via Lattea, e ha scoperto senza ambiguità la sua linea di assorbimento del ciclotrone. Questa linea ha rivelato un'energia fino a 146 keV (con un significato di rilevamento di circa 10 volte la deviazione standard), che corrisponde a un campo magnetico superficiale di oltre 1,6 miliardi di Tesla. Questo non è solo il campo magnetico più forte misurato direttamente nell'universo fino ad oggi, ma anche il primo rilevamento di una linea di assorbimento di ciclotrone di elettroni in una sorgente di raggi X ultraluminosa, fornendo così una misurazione diretta del campo magnetico superficiale della stella di neutroni.

Si ritiene che i campi magnetici di superficie delle stelle di neutroni abbiano strutture complesse, che vanno da campi dipolari molto lontani dalla stella di neutroni a campi multipolari che influenzano solo l'area vicino alla stella di neutroni. Tuttavia, la maggior parte delle prime stime indirette dei campi magnetici delle stelle di neutroni hanno sondato solo i campi di dipolo.

Questa volta, la misurazione del campo magnetico diretto di Insight-HXMT basata sulla linea di assorbimento del ciclotrone è di circa un ordine di grandezza maggiore di quello stimato utilizzando mezzi indiretti. Questa è la prima prova concreta che la struttura del campo magnetico di una stella di neutroni è più complessa di quella di un tradizionale campo di dipolo simmetrico e fornisce anche la prima misura della componente non simmetrica del campo magnetico di una stella di neutroni.

Insight-HXMT è il primo satellite cinese per l'astronomia a raggi X. Comprende carichi utili scientifici tra cui un telescopio ad alta energia, un telescopio a media energia, un telescopio a bassa energia e un monitor dell'ambiente spaziale. Insight-HXMT presenta vantaggi rispetto ad altri satelliti a raggi X in termini di copertura spettrale a banda larga (1-250 keV), ampia area effettiva ad alte energie, alta risoluzione temporale, basso tempo morto e nessun effetto di accumulo per sorgenti luminose, aprendo così una nuova finestra per l'osservazione di buchi neri, stelle di neutroni con transizioni veloci di raggi X duri e studi sullo spettro energetico.

Nel 2020, il team Insight-HXMT ha riportato il rilevamento di una linea di assorbimento di ciclotrone da 90 keV da una stella di neutroni nel sistema binario di raggi X GRO J1008-57, corrispondente a un campo magnetico superficiale di 1 miliardo di Tesla, che ha stabilito un record mondiale per la misurazione diretta del campo magnetico più forte dell'universo in quel momento. Successivamente, un nuovo record per una linea di assorbimento di ciclotrone, con la sua energia più alta intorno a 100 keV, è stato rilevato da Insight-HXMT da un'altra stella di neutroni in 1A 0535+262. Insight-HXMT ha dimostrato la sua eccezionale capacità di esplorare lo spettro energetico battendo i propri record per le scoperte della linea di assorbimento del ciclotrone. + Esplora ulteriormente

Il campo magnetico più forte dell'universo rilevato direttamente dall'osservatorio spaziale a raggi X