1. Рекордный показатель в миллиард Тесла
Международная команда исследователей из Китайской академии наук (Институт физики высоких энергий, IHEP) и их немецкие коллеги в ходе наблюдений за пульсаром GRO J1008-57 установили, что магнитное поле вблизи поверхности этой нейтронной звезды достигает колоссальной величины — около одного миллиарда Тесла. Это абсолютный рекорд для наблюдаемой Вселенной: обнаруженное поле в десятки миллионов раз мощнее самых сильных магнитных полей, которые удаётся создать в условиях земных лабораторий.
2. Открытие китайской обсерватории
Пульсар GRO J1008-57 привлёк внимание учёных в августе 2017 года, когда китайская космическая рентгеновская обсерватория Insight-HXMT зафиксировала его чрезвычайно яркую вспышку. Детальный анализ данных позволил выявить в спектре излучения так называемую циклотронно-резонансную особенность рассеяния (CRSF) с энергией 90 килоэлектронвольт (кэВ). Статистическая достоверность этого сигнала превысила 20 сигма, что значительно выше порога в 5 сигма, необходимого для официального подтверждения открытия в научном сообществе. Теоретические расчёты однозначно показали, что такая особенность в спектре может возникать только при наличии магнитного поля силой не менее миллиарда Тесла.
3. Почему нейтронные звёзды — магнитные гиганты
Как давно известно астрофизикам, нейтронные звёзды являются природными рекордсменами по силе магнитных полей. Рентгеновские пульсары, к которым относится и GRO J1008-57, обычно входят в двойные системы. В таких системах нейтронная звезда, обладающая мощной гравитацией, перетягивает на себя вещество со звезды-компаньона, формируя вокруг себя аккреционный диск. Если магнитное поле нейтронной звезды достаточно велико, оно «собирает» падающее вещество, направляя его вдоль силовых линий к магнитным полюсам. При падении на поверхность звезды это вещество разогревается до огромных температур и испускает интенсивное рентгеновское излучение.
4. Ключ к измерению — циклотронный резонанс
Из-за вращения нейтронной звезды поток её рентгеновского излучения для земного наблюдателя становится пульсирующим, отсюда и название «пульсар». Уникальность явления циклотронного резонанса (CRSF) заключается в том, что оно напрямую связано с квантованием энергетических уровней электронов, движущихся в сверхсильном магнитном поле (эффект Ландау). Это позволяет учёным, анализируя энергию резонансной линии в рентгеновском спектре, практически напрямую вычислять силу магнитного поля у поверхности звезды, делая такие измерения исключительно точными.
5. Роль обсерватории Insight-HXMT
Успех этого открытия во многом обусловлен уникальными возможностями первой китайской рентгеновской космической обсерватории Insight-HXMT. Её аппаратура включает три телескопа (высоко-, средне- и низкоэнергетический) и монитор космической среды. Ключевым преимуществом обсерватории является необычайно широкий рабочий диапазон энергий (от 1 до 250 кэВ), высокая разрешающая способность и большая площадь детекторов. Именно эти характеристики сделали Insight-HXMT идеальным инструментом для обнаружения и изучения циклотронных линий в высокоэнергетической части спектра, что и привело к открытию рекордного магнитного поля.
6. История проекта
Идея создания обсерватории Insight-HXMT была впервые предложена ещё в 1993 году. Реализация проекта заняла более двух десятилетий, и в 2017 году аппарат был успешно выведен на орбиту. Весь комплекс — от космического оборудования до наземной инфраструктуры и научных групп — курируется и управляется Институтом физики высоких энергий (IHEP) Китайской академии наук. Это открытие стало ярким подтверждением научного потенциала китайской астрофизики.