As estrelas de nêutrons têm os campos magnéticos mais fortes do universo, e a única maneira de medir diretamente seu campo magnético de superfície é observar as linhas de absorção do ciclotron em seus espectros de energia de raios-X. A equipe do Insight-HXMT descobriu recentemente uma linha de absorção de ciclotron com uma energia de 146 keV na estrela de nêutrons binária Swift J0243.6+6124, correspondendo a um campo magnético de superfície de mais de 1,6 bilhão de Tesla. Após a medição direta do campo magnético mais forte do universo em cerca de 1 bilhão de Tesla em 2020, os recordes mundiais para a linha de absorção de ciclotron de maior energia e a medição direta do campo magnético mais forte do universo foram quebrados.
As descobertas, obtidas em conjunto pelo Laboratório Chave de Astrofísica de Partículas do Instituto de Física de Altas Energias (IHEP) da Academia Chinesa de Ciências e do Instituto de Astronomia e Astrofísica, Centro Kepler de Astro e Física de Partículas, Universidade de Tübingen (IAAT) , foram publicados em 28 de junho no Astrophysical Journal Letters (AJL). Dr. Kong Lingda, Prof. Zhang Shu e Prof. Zhang Shuangnan do IHEP são os autores correspondentes do artigo. Dr. Victor Doroshenko e Prof. Andrea Santangelo da Universidade de Tübingen contribuíram significativamente para a descoberta.

Um sistema binário de raios X de uma estrela de nêutrons consiste em uma estrela de nêutrons e sua estrela companheira. Sob a forte força gravitacional da estrela de nêutrons, o gás da estrela companheira cai em direção à estrela de nêutrons, formando um disco de acreção. O plasma no disco de acreção cairá ao longo de linhas magnéticas até a superfície da estrela de nêutrons, onde uma poderosa radiação de raios-X é liberada. Juntamente com a rotação da estrela de nêutrons, essas emissões resultam em sinais periódicos de pulso de raios-X, daí o nome "pulsar de acreção de raios-X" para esses objetos.

Muitas observações revelaram que esses tipos de objetos têm estruturas de absorção em seus espectros de radiação de raios X, ou seja, linhas de absorção de ciclotron, que se acredita serem causadas por espalhamento ressonante e, portanto, absorção de raios X por elétrons que se movem ao longo dos campos magnéticos fortes. A energia da estrutura de absorção corresponde à força do campo magnético de superfície de uma estrela de nêutrons; portanto, esse fenômeno pode ser usado para medir diretamente a força do campo magnético próximo à superfície da estrela de nêutrons.

Pulsares de raios-X ultraluminosos são uma classe de objetos cuja luminosidade de raios-X excede em muito a dos pulsares de acreção de raios-X canônicos. Eles já foram descobertos em várias galáxias distantes da Via Láctea. Os astrônomos especularam que seus pulsares têm altas forças de campo magnético, embora ainda faltem evidências de medição direta.

O Insight-HXMT fez observações detalhadas e de banda larga da explosão de Swift J0243.6+6124, o primeiro pulsar ultraluminoso de raios-X da Via Láctea, e descobriu inequivocamente sua linha de absorção de ciclotron. Essa linha revelou energia de até 146 keV (com significância de detecção de cerca de 10 vezes o desvio padrão), o que corresponde a um campo magnético de superfície de mais de 1,6 bilhão de Tesla. Este não é apenas o campo magnético mais forte medido diretamente no universo até hoje, mas também a primeira detecção de uma linha de absorção de elétron cíclotron em uma fonte de raios-X ultraluminosa, fornecendo assim uma medição direta do campo magnético da superfície da estrela de nêutrons.

Acredita-se que os campos magnéticos de superfície das estrelas de nêutrons tenham estruturas complexas, que vão desde campos dipolares muito distantes da estrela de nêutrons até campos multipolares influenciando apenas a área próxima à estrela de nêutrons. No entanto, a maioria das estimativas indiretas anteriores dos campos magnéticos de estrelas de nêutrons sondaram apenas os campos de dipolo.

Desta vez, a medição direta do campo magnético pelo Insight-HXMT com base na linha de absorção do ciclotron é cerca de uma ordem de magnitude maior do que a estimada usando meios indiretos. Isso serve como a primeira evidência concreta de que a estrutura do campo magnético de uma estrela de nêutrons é mais complexa do que a de um campo dipolo simétrico tradicional, e também fornece a primeira medição do componente não simétrico do campo magnético de uma estrela de nêutrons.

O Insight-HXMT é o primeiro satélite chinês de astronomia de raios-X. Ele compreende cargas úteis científicas, incluindo um telescópio de alta energia, telescópio de média energia, telescópio de baixa energia e um monitor de ambiente espacial. O Insight-HXMT tem vantagens sobre outros satélites de raios X em termos de cobertura espectral de banda larga (1-250 keV), grande área efetiva em altas energias, alta resolução de tempo, baixo tempo morto e sem efeitos de empilhamento para fontes brilhantes, abrindo assim uma nova janela para observar buracos negros, estrelas de nêutrons com transições rápidas de raios-X duros e estudos de espectro de energia.

Em 2020, a equipe Insight-HXMT relatou a detecção de uma linha de absorção de ciclotron de 90 keV de uma estrela de nêutrons no sistema binário de raios-X GRO J1008-57, correspondendo a um campo magnético de superfície de 1 bilhão de Tesla, que estabeleceu um recorde mundial para medição direta do campo magnético mais forte do universo na época. Mais tarde, um novo recorde para uma linha de absorção de ciclotron - com sua energia mais alta em torno de 100 keV - foi detectado pelo Insight-HXMT de outra estrela de nêutrons em 1A 0535+262. O Insight-HXMT demonstrou sua excepcional capacidade de explorar o espectro de energia quebrando seus próprios recordes para descobertas de linhas de absorção de ciclotron. + Explorar mais

Campo magnético mais forte do universo detectado diretamente pelo observatório espacial de raios-X