Neutronensterren hebben de sterkste magnetische velden in het universum en de enige manier om hun magnetische oppervlakteveld direct te meten, is door de cyclotronabsorptielijnen in hun röntgenstralingsspectra te observeren. Het Insight-HXMT-team heeft onlangs een cyclotron-absorptielijn ontdekt met een energie van 146 keV in de neutronenster röntgendubbelster Swift J0243.6+6124, wat overeenkomt met een magnetisch veld aan het oppervlak van meer dan 1,6 miljard Tesla. Na directe meting van het sterkste magnetische veld in het heelal op ongeveer 1 miljard Tesla in 2020, zijn de wereldrecords voor de cyclotron-absorptielijn met de hoogste energie en directe meting van het sterkste magnetische veld in het heelal verbroken.

De bevindingen, gezamenlijk verkregen door het Key Laboratory for Particle Astrophysics van het Institute of High Energy Physics (IHEP) van de Chinese Academy of Sciences en het Institute for Astronomy and Astrophysics, Kepler Center for Astro and Particle Physics, University of Tübingen (IAAT) , werden op 28 juni gepubliceerd in Astrophysical Journal Letters (ApJL). Dr. Kong Lingda, Prof. Zhang Shu en Prof. Zhang Shuangnan van IHEP zijn de corresponderende auteurs van het artikel. Dr. Victor Doroshenko en Prof. Andrea Santangelo van de Universiteit van Tübingen hebben een belangrijke bijdrage geleverd aan de ontdekking.

Een neutronenster X-ray binair systeem bestaat uit een neutronenster en zijn begeleidende ster. Onder de sterke zwaartekracht van de neutronenster valt het gas van de begeleidende ster in de richting van de neutronenster en vormt een accretieschijf. Het plasma in de accretieschijf zal langs magnetische lijnen naar het oppervlak van de neutronenster vallen, waar krachtige röntgenstraling vrijkomt. Samen met de rotatie van de neutronenster resulteren dergelijke emissies in periodieke röntgenpulssignalen, vandaar de naam "röntgenaccretiepulsar" voor deze objecten.

Veel waarnemingen hebben aangetoond dat dit soort objecten absorptiestructuren hebben in hun röntgenstralingsspectra, namelijk cyclotron-absorptielijnen, waarvan wordt gedacht dat ze worden veroorzaakt door resonante verstrooiing en dus absorptie van röntgenstralen door elektronen die langs de sterke magnetische velden bewegen. De energie van de absorptiestructuur komt overeen met de sterkte van het magnetische veld aan de oppervlakte van een neutronenster; daarom kan dit fenomeen worden gebruikt om de sterkte van het magnetische veld nabij het oppervlak van de neutronenster direct te meten.

Ultralumineuze röntgenpulsars zijn een klasse van objecten waarvan de röntgenhelderheid veel groter is dan die van canonieke röntgenstralen-accreterende pulsars. Ze zijn eerder ontdekt in verschillende sterrenstelsels ver van de Melkweg. Astronomen hebben gespeculeerd dat hun pulsars hoge magnetische veldsterkten hebben, hoewel direct meetbewijs nog steeds ontbreekt.

Insight-HXMT deed gedetailleerde en breedbandwaarnemingen van de uitbarsting van Swift J0243.6+6124, de eerste ultralichtgevende röntgenpulsar van de Melkweg, en ontdekte ondubbelzinnig zijn cyclotron-absorptielijn. Deze lijn onthulde energie tot 146 keV (met een detectiebetekenis van ongeveer 10 keer de standaarddeviatie), wat overeenkomt met een magnetisch veld aan het oppervlak van meer dan 1,6 miljard Tesla. Dit is niet alleen het sterkste magnetische veld dat tot nu toe in het heelal is gemeten, maar ook de eerste detectie van een absorptielijn van een elektronencyclotron in een ultralichtgevende röntgenbron, waarmee het magnetische veld van de neutronenster direct kan worden gemeten.

Er wordt aangenomen dat de magnetische velden aan het oppervlak van neutronensterren complexe structuren hebben, variërend van dipoolvelden die heel ver van de neutronenster verwijderd zijn tot multipoolvelden die alleen het gebied dicht bij de neutronenster beïnvloeden. De meeste eerdere indirecte schattingen van de magnetische velden van neutronensterren hebben echter alleen de dipoolvelden onderzocht.

Deze keer is de directe magnetische veldmeting door Insight-HXMT op basis van de cyclotron-absorptielijn ongeveer een orde van grootte groter dan geschat met behulp van indirecte middelen. Dit is het eerste concrete bewijs dat de magnetische veldstructuur van een neutronenster complexer is dan die van een traditioneel symmetrisch dipoolveld, en het levert ook de eerste meting op van de niet-symmetrische component van het magnetische veld van een neutronenster.

Insight-HXMT is de eerste Chinese röntgenastronomiesatelliet. Het omvat wetenschappelijke nuttige ladingen, waaronder een high-energy telescoop, medium-energy telescoop, low-energy telescoop en een ruimte-omgevingsmonitor. Insight-HXMT heeft voordelen ten opzichte van andere röntgensatellieten in termen van breedband (1-250 keV) spectrale dekking, groot effectief gebied bij hoge energieën, hoge tijdresolutie, lage dode tijd en geen stapeleffecten voor heldere bronnen, waardoor een nieuw venster wordt geopend voor het observeren van zwarte gaten, neutronensterren met snelle snelle röntgenovergangen en energiespectrumstudies.

In 2020 rapporteerde het Insight-HXMT-team de detectie van een 90 keV cyclotron-absorptielijn van een neutronenster in het röntgendubbelsysteem GRO J1008-57, wat overeenkomt met een magnetisch veld aan het oppervlak van 1 miljard Tesla, wat een wereldrecord vestigde voor directe meting van het sterkste magnetische veld van het universum op dat moment. Later werd een nieuw record voor een cyclotron-absorptielijn - met zijn hoogste energie rond 100 keV - gedetecteerd door Insight-HXMT van een andere neutronenster in 1A 0535+262. Insight-HXMT heeft zijn uitzonderlijke vermogen aangetoond om het energiespectrum te verkennen door zijn eigen records te breken voor ontdekkingen van cyclotron-absorptielijnen. + Verder verkennen

Sterkste magnetisch veld in heelal direct gedetecteerd door röntgenruimteobservatorium