มวลและการเคลื่อนที่ของดาว

ซากดาวมวลสูงที่มีความหนาแน่นสูงและร้อนจัดซึ่งมีสนามแม่เหล็กแรงกว่าโลกถึง 100 ล้านล้านเท่า คาดว่าจะสร้างรังสีเอกซ์ที่มีโพลาไรซ์สูง หมายความว่าสนามแม่เหล็กไฟฟ้าของรังสีไม่สั่นแบบสุ่ม แต่มีทิศทางที่ต้องการ แต่นักวิทยาศาสตร์ต้องประหลาดใจเมื่อดาวเทียม Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE) ของ NASA เมื่อปีที่แล้วตรวจพบว่ารังสีเอกซ์พลังงานต่ำและพลังงานสูงมีโพลาไรซ์ต่างกัน โดยสนามแม่เหล็กไฟฟ้าจะทำมุมฉากซึ่งกันและกัน ปรากฏการณ์นี้สามารถอธิบายได้อย่างเป็นธรรมชาติเนื่องจาก "การเปลี่ยนแปลงของโฟตอน" ซึ่งเป็นการเปลี่ยนแปลงของโฟตอนที่เป็นรังสีเอกซ์ที่ได้รับการตั้งทฤษฎีแต่ไม่เคยสังเกตโดยตรง กล่าว ดร. Dong Lai '94, the Benson Jay Simon '59, MBA '62, และ Mary Ellen Simon, MA '63, ศาสตราจารย์ด้านฟิสิกส์ดาราศาสตร์ในวิทยาลัยศิลปะและวิทยาศาสตร์ "ในการสังเกตการแผ่รังสีจากวัตถุท้องฟ้าอันไกลโพ้นนี้ เราเห็นผลกระทบที่สวยงามซึ่งเป็นการแสดงออกของฟิสิกส์พื้นฐานที่สลับซับซ้อน" นายไหลกล่าว "QED เป็นหนึ่งในทฤษฎีฟิสิกส์ที่ประสบความสำเร็จมากที่สุด แต่ยังไม่เคยมีการทดสอบในสภาพสนามแม่เหล็กแรงสูงเช่นนี้" Lai เป็นผู้เขียนเรื่อง "IXPE Detection of Polarized X-rays from Magnetars and Photon Mode Conversion at QED Vacuum Resonance" ซึ่งตีพิมพ์เมื่อวันที่ 18 เมษายนในรายงานการประชุมของ National Academy of Sciences งานวิจัยนี้สร้างขึ้นจากการคำนวณ Lai และ Wynn Ho, Ph.D. '03 ซึ่งเผยแพร่เมื่อ 20 ปีที่แล้ว รวมการสังเกตของ NASA ที่รายงานเมื่อเดือนพฤศจิกายนปีที่แล้วของแมกนีทาร์ 4U 0142+61 ซึ่งอยู่ห่างออกไป 13,000 ปีแสงในกลุ่มดาวแคสสิโอเปีย อิเล็กโทรไดนามิกส์เชิงควอนตัม ซึ่งอธิบายปฏิสัมพันธ์ในระดับจุลภาคระหว่างอิเล็กตรอนและโฟตอน คาดการณ์ว่าเมื่อโฟตอนรังสีเอกซ์ออกจากชั้นบรรยากาศบาง ๆ ของ ดาว นิวตรอนที่เป็นก๊าซร้อนที่เป็นแม่เหล็กหรือพลาสมา พวกมันผ่านช่วงที่เรียกว่าสุญญากาศเรโซแนนซ์ Lai กล่าวว่าโฟตอนที่ไม่มีประจุสามารถเปลี่ยนเป็นคู่ของอิเล็กตรอนและโพสิตรอน "เสมือน" ได้ชั่วคราวซึ่งได้รับอิทธิพลจากสนามแม่เหล็กแรงยิ่งยวดของแมกนีทาร์แม้ในสุญญากาศ ซึ่งเป็นกระบวนการที่เรียกว่า "สุญญากาศ ไบรีฟริงเจนซ์" เมื่อรวมกับกระบวนการที่เกี่ยวข้อง พลาสมาไบรีฟริงเจนซ์ เงื่อนไขถูกสร้างขึ้นเพื่อให้ขั้วของรังสีเอกซ์พลังงานสูงแกว่ง 90 องศาเมื่อเทียบกับรังสีเอกซ์พลังงานต่ำ ตามการวิเคราะห์ของ Lai "คุณสามารถคิดเกี่ยวกับโพลาไรเซชันว่าเป็นโฟตอนสองรสชาติ" เขากล่าว "โฟตอนที่เปลี่ยนจากรสชาติหนึ่งไปเป็นอีกรสชาติหนึ่งโดยฉับพลัน ปกติคุณไม่เห็นสิ่งนี้ แต่มันเป็นผลตามธรรมชาติของฟิสิกส์ถ้าคุณใช้ทฤษฎีภายใต้สภาวะที่รุนแรงเหล่านี้" ภารกิจ IXPE ไม่พบการแกว่งของโพลาไรเซชันในการสังเกตการณ์แม่เหล็กชนิดอื่นที่เรียกว่า 1RXS J170849.0-400910 โดยมีสนามแม่เหล็กที่แรงกว่า Lai กล่าวว่าสอดคล้องกับการคำนวณของเขา ซึ่งแนะนำว่าการสั่นพ้องในสุญญากาศและการเปลี่ยนแปลงของโฟตอนจะเกิดขึ้นลึกมากภายในดาวนิวตรอนดังกล่าว Lai กล่าวว่าการตีความของเขาเกี่ยวกับการสังเกตของ IXPE เกี่ยวกับแม่เหล็ก 4U 0142+61 ช่วยจำกัดสนามแม่เหล็กและการหมุนของมัน และแนะนำว่าบรรยากาศของมันน่าจะประกอบด้วยธาตุหนักที่แตกตัวเป็นไอออนบางส่วน เขากล่าวว่าการศึกษารังสีเอกซ์อย่างต่อเนื่องจากวัตถุสุดขั้วที่สุดของเอกภพ รวมทั้งดาวนิวตรอนและหลุมดำ ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถตรวจสอบพฤติกรรมของสสารในสภาวะที่ไม่สามารถจำลองแบบได้ในห้องทดลอง และเพิ่มความเข้าใจเกี่ยวกับ ความงามและความหลากหลายของจักรวาล "การสังเกตการณ์โดย IXPE ได้เปิดหน้าต่างใหม่สำหรับการศึกษาสภาพแวดล้อมพื้นผิวของดาวนิวตรอน" Lai กล่าว "สิ่งนี้จะนำไปสู่ข้อมูลเชิงลึกใหม่เกี่ยวกับวัตถุลึกลับเหล่านี้"