Se descubrió recientemente una línea de absorción de ciclotrón con una energía de 146 keV en la estrella de neutrones binaria de rayos X Swift J0243.6+6124, correspondiente a un campo magnético superficial de más de 1 600 millones de Tesla.
Las estrellas de neutrones tienen los campos magnéticos más fuertes del universo, y la única forma de medir directamente su campo magnético superficial es observar las líneas de absorción del ciclotrón en sus espectros de energía de rayos X.
Después de la medición directa del campo magnético más fuerte del universo en aproximadamente mil millones de Tesla en 2020, se han batido los récords mundiales de la línea de absorción de ciclotrón de mayor energía y la medición directa del campo magnético más fuerte del universo.
Los hallazgos, obtenidos conjuntamente por el Laboratorio Clave de Astrofísica de Partículas en el Instituto de Física de Alta Energía (IHEP) de la Academia de Ciencias de China y el Instituto de Astronomía y Astrofísica, Centro Kepler de Astrofísica y Partículas, de la Universidad de Tübingen (IAAT), se publicaron en Astrophysical Journal Letters (ApJL).
Un sistema binario de rayos X de estrella de neutrones consta de una estrella de neutrones y su estrella compañera. Bajo la fuerte fuerza gravitacional de la estrella de neutrones, el gas de la estrella compañera cae hacia la estrella de neutrones, formando un disco de acreción.
El plasma en el disco de acreción caerá a lo largo de líneas magnéticas a la superficie de la estrella de neutrones, donde se libera una poderosa radiación de rayos X. Junto con la rotación de la estrella de neutrones, tales emisiones dan como resultado señales periódicas de pulsos de rayos X, de ahí el nombre de «púlsar de acreción de rayos X» para estos objetos.
Muchas observaciones han revelado que estos tipos de objetos tienen estructuras de absorción en sus espectros de radiación de rayos X, a saber, líneas de absorción de ciclotrón, que se cree que son causadas por dispersión resonante y, por lo tanto, absorción de rayos X por electrones que se mueven a lo largo de los campos magnéticos fuertes.
La energía de la estructura de absorción corresponde a la fuerza del campo magnético superficial de una estrella de neutrones; por lo tanto, este fenómeno se puede utilizar para medir directamente la fuerza del campo magnético cerca de la superficie de la estrella de neutrones.
Los púlsares de rayos X ultraluminosos son una clase de objetos cuya luminosidad de rayos X supera con creces la de los púlsares de acreción de rayos X canónicos. Se han descubierto previamente en varias galaxias alejadas de la Vía Láctea. Los astrónomos han especulado que sus púlsares tienen una gran intensidad de campo magnético, aunque todavía faltan pruebas de medición directa.
In sight-HXMT realizó observaciones detalladas y de banda ancha del estallido de Swift J0243.6+6124, el primer púlsar de rayos X ultraluminoso de la Vía Láctea, y descubrió sin ambigüedades su línea de absorción de ciclotrón. Esta línea reveló energía de hasta 146 keV (con un significado de detección de aproximadamente 10 veces la desviación estándar), lo que corresponde a un campo magnético superficial de más de 1 600 millones de Tesla.
Este no es solo el campo magnético más fuerte medido directamente en el universo hasta la fecha, sino también la primera detección de una línea de absorción de ciclotrón de electrones en una fuente de rayos X ultraluminosos, lo que proporciona una medición directa del campo magnético de la superficie de la estrella de neutrones.
Se cree que los campos magnéticos superficiales de las estrellas de neutrones tienen estructuras complejas, que van desde campos dipolares muy alejados de la estrella de neutrones hasta campos multipolares que solo influyen en el área cercana a la estrella de neutrones. Sin embargo, la mayoría de las estimaciones indirectas anteriores de los campos magnéticos de las estrellas de neutrones han probado solo los campos dipolares.
Esta vez, la medición directa del campo magnético por Insight-HXMT basada en la línea de absorción del ciclotrón es aproximadamente un orden de magnitud mayor que la estimada utilizando medios indirectos.
Esto sirve como la primera evidencia concreta de que la estructura del campo magnético de una estrella de neutrones es más compleja que la de un campo dipolar simétrico tradicional, y también proporciona la primera medición del componente no simétrico del campo magnético de una estrella de neutrones.
