2022년 11월 21일

단단한 표면을 가진 별 발견

 

IXPE 우주관측소를 사용하는 천문학자들은 13,000광년 떨어진 곳에서 발견된 마그네타가 대기가 없는 단단한 표면을 가지고 있다고 보고한다.

 

4U 0142+61과 그것을 둘러싸고 있는 별 주위 원반에 대한 작가의 인상. 크레딧: NASA/JPL-Caltech/R. 상처 (SSC)

 

JWST( James Webb Space Telescope ) 에 많은 관심이 집중되고 있지만 , 같은 달에 발사된 덜 알려진 천문대도 인상적인 발견을 하고 있다.

 

SpaceX는 2021년 12월 JWST가 시작되기 불과 ​​2주 전에 NASA와 이탈리아 우주국 간의 협업인 IXPE( Imaging X-ray Polarimetry Explorer )를 배포했다. IXPE는 X선의 편광을 측정할 수 있는 최초의 우주망원경이다. 블랙홀과 중성자 별과 같은 다양한 우주 소스.

 

 

이번 달 사이언스 (Science)에 발표된 새로운 연구는 천문학자들이 멀리 떨어진 마그네타 (magnetar )의 X선 편광을 측정하기 위해 IXPE를 어떻게 사용했는지 설명한다. 

 

이 물체는 일종의 중성자별이다. 한때 태양 질량이 10~25개였던 초거성의 핵이 극도로 조밀하고 붕괴된 것이다. 

 

그들의 데이터는 과학자들이 이전에 이론화만 했던 것을 확인시켜 준다. 마그네타는 고도로 분극되어 있으며 표준 중성자별보다 최대 1,000배 더 강한 초강력 자기장을 가지고 있다.

 

현재까지 약 30개의 마그네타만이 발견되었다. UCL(University College London)과 이탈리아 UP(University of Padova) 팀은 약 13,000광년 떨어진 카시오페이아 별자리에 위치한 4U 0142+61이라는 자기를 관찰했다. 

 

상세한 분석을 통해 직경 32km(20마일)의 물체가 단단한 표면으로 구성되어 있고 대기가 없다는 것을 확인했다. 

 

천문학자들이 중성자별에 단단한 지각이 있음을 확실하게 확인할 수 있었던 것은 이번이 처음이다.

 

 

IXPE의 감도는 이전 세대의 우주기반 X선 선광계보다 두 자릿수 더 크다. UCL과 UP 팀은 마그네타의 편광(광파가 "흔들리는" 방향)을 연구했고 빛이 대기를 먼저 통과하는 것이 아니라 단단한 표면에서 곧장 나오는 것처럼 행동한다는 사실을 발견했다. 

 

4U 0142+61의 자기장은 상상할 수 없을 정도로 강력하여 주변 대기가 단단해졌을 것이다.

 

UP의 물리학 및 천문학과의 Roberto Turolla는 "이것은 자기 응축으로 알려진 현상"이라고 설명했다.

 

그들은 또한 편광 각도가 빛 입자의 에너지에 따라 달라지며, 낮은 에너지 빛에 비해 90도의 편광각도에서 더 높은 에너지 빛을 가지고 있음을 발견했다.

 

"우리는 별이 전류로 채워진 외부 자기권으로 둘러싸인 단단한 지각을 가지고 있다면 이론적 모델이 예측할 수 있는 것과 같이 편광 각도가 정확히 90도만큼 흔들리는 것을 발견했습니다."라고 Turolla는 덧붙였다.

 

NASA 명예 과학자인 Martin Weisskopf는 "마그네타에 대한 현재 이론을 기반으로 우리는 분극을 감지할 것으로 예상했지만 이 마그네타에서 보는 것처럼 분극이 에너지에 의존할 것이라고 예측한 사람은 아무도 없었습니다."라고 말했다.

 

4U 0142+61의 외피는 대부분 치약과 같은 Bingham 플라스틱 으로 알려진 이상한 형태의 물질일 가능성이 높다. 이 플라스틱 은 대부분의 시간 동안 점성 액체로 존재하지만 특정 조건에서는 고체처럼 거동할 수도 있다. 

 

그러나 단단한 표면에도 불구하고 마그네타의 극한 온도와 중력으로 인해 어떤 우주선도 착륙이 불가능하다. 주변에 있는 모든 물체는 빛의 속도의 50% 이상으로 끌어내린 다음 1밀리초도 안 되는 시간에 스파게티로 만들고 원자로 분쇄한다.

 

 

IXPE의 관측 결과는 X선 천문학자들이 중성자별과 블랙홀과 같은 극단적인 물체의 물리학을 더 잘 이해하는 데 도움이 될 것이다. 

 

Weisskopf는 "내 생각에는 IXPE가 X선 편광계가 중요하고 이러한 매혹적인 X선 시스템의 작동 방식에 대한 이해를 심화하는 데 관련이 있음을 보여주었다는 데 의문의 여지가 없습니다."라고 말했다. 

 

"미래의 임무는 이 사실을 인식해야 할 것입니다."

"다음 단계는 비슷한 자기장을 가진 더 뜨거운 중성자 별을 관찰하여 온도와 자기장 사이의 상호 작용이 별 표면의 특성에 어떤 영향을 미치는지 조사하는 것입니다."라고 공동 저자 인 UCL의 천체 물리학 교수 인 Silvia Zane이 덧붙였다.

 

 

IXPE. 크레딧: NASA