Magnetars: Extreme Magnetic Fields

Magnetar: Medan Magnet Ekstrem

Jinis lintang neutron langka kanthi medan magnet ultra-kuat, nyebabake gempa lintang sing ganas

Lintang neutron, sing wis dadi sisa lintang paling padhet sing dikenal saliyane bolongan ireng, bisa nduweni medan magnet milyaran kaping luwih kuwat tinimbang lintang biasa. Antarane, kelas langka sing diarani magnetar nuduhake medan magnet paling intens sing tau diamati ing jagad raya, nganti 1015 gauss utawa luwih. Medan ultra-kuat iki bisa ngasilake fenomena aneh lan kasar—gempa lintang, flare gedhé, lan semburan sinar gamma sing ngluwihi cahya galaksi sakabehe sajrone wektu sing cendhak. Ing artikel iki, kita njelajah fisika magnetar, tandha observasi, lan proses ekstrim sing mbentuk ledakan lan aktivitas permukaané.

1. Sifat lan Pembentukan Magnetar

1.1 Lair Minangka Lintang Neutron

Sak magnetar iku sejatine lintang neutron sing kabentuk saka supernova kolaps inti sawisé inti wesi lintang gedhé kolaps. Sajrone kolaps, sebagian momentum sudut inti lintang lan fluks magnetik bisa dikompres nganti tingkat luar biasa. Nalika lintang neutron biasa nduweni medan sekitar 109–1012 gauss, magnetar nggedhekake dadi 1014–1015 gauss, bisa uga luwih dhuwur [1], [2].

1.2 Hipotesis Dynamo

Medan sing banget dhuwur ing magnetar bisa asalé saka mekanisme dynamo ing fase proto-lintang neutron:

  1. Rotasi Cepet: Yen lintang neutron anyar muter kanthi periode milidetik, konveksi lan rotasi diferensial bisa nggulung medan magnet nganti kekuwatan gedhe banget.
  2. Dynamo Sing Cendhak Umur: Dynamo konvektif iki bisa mlaku sawetara detik nganti menit sawisé kolaps, nyiapake medan tingkat magnetar.
  3. Pengereman Magnetik: Sajrone ewu taun, medan kuwat ngalem spin lintang kanthi cepet, ninggalake periode rotasi sing luwih alon tinimbang pulsar radio biasa [3].

Ora kabeh lintang neutron dadi magnetar—mung sing nduweni spin awal lan kondisi inti sing pas bisa nggedhekake medan kanthi gedhe.

1.3 Umur lan Kelangkaan

Magnetar tetep ing kahanan hiper-magnetisé nganti kira-kira ~104–105 taun. Nalika lintang tuwa, peluruhan medan magnet bisa ngasilake pemanasan internal lan ledakan. Observasi nuduhake magnetar relatif arang, mung sawetara puluh obyek sing wis dikonfirmasi utawa dadi kandidat ing Milky Way lan galaksi cedhak [4].

2. Kakuatan Medan Magnetik lan Efek

2.1 Skala Medan Magnetik

Medan Magnetar ngluwihi 1014 gauss, nalika lintang neutron biasa nduweni medan 109–1012 gauss. Dibandhingake, medan permukaan Bumi kira-kira 0,5 gauss, lan magnet laboratorium arang banget ngluwihi sawetara ewu gauss. Mula, magnetar nyekel rekor kanggo medan paling kuwat sing lestari ing jagad raya.

2.2 Elektrodinamika Kuantum lan Pemisahan Foton

Ing kekuatan lapangan ≳1013 gauss, efek quantum electrodynamic (QED) (kayata, birefringensi vakum, pembelahan foton) dadi penting. Pembelahan foton lan owah-owahan polarisasi bisa ngowahi cara radiasi metu saka magnetosfer magnetar, nambah kompleksitas fitur spektral, utamane ing pita sinar X lan gamma-ray [5].

2.3 Stres lan Gempa Lintang

Lapangan magnetik internal lan kerak sing intens bisa nggawe stres kerak lintang neutron nganti tekan titik pecah. Gempa lintang—retakan mendadak ing kerak—bisa ngatur ulang lapangan magnetik, ngasilake ledakan utawa ledakan foton energi dhuwur. Pelepasan ketegangan sing mendadak uga bisa nyepetake utawa ngalem lintang sethithik, ninggalake glitches sing bisa dideteksi ing periode rotasine.

3. Tandha Observasi Magnetar

3.1 Soft Gamma Repeaters (SGRs)

Sadurunge istilah “magnetar” digawe, sawetara soft gamma repeaters (SGRs) dikenal amarga ledakan sporadis saka emisi gamma-ray utawa sinar X keras, sing bola-bali muncul kanthi interval sing ora teratur. Ledakan kasebut biasane suwene sawetara fraksi detik nganti sawetara detik, kanthi puncak luminositas sing sedang. Saiki kita ngenali SGR minangka magnetar sing lagi tenang, kadang-kadang keganggu dening gempa lintang utawa rekonfigurasi lapangan [6].

3.2 Anomalous X-Ray Pulsars (AXPs)

Kelas liyane, anomalous X-ray pulsars (AXPs), yaiku lintang neutron kanthi periode spin sawetara detik nanging luminositas sinar X sing kakehan kanggo diterangake mung kanthi spin-down rotasi. Energi ekstra iki kamungkinan asalé saka ambyar lapangan magnetik, sing nyokong output sinar X. Akeh AXP uga nuduhake ledakan sing mirip karo episode SGR, negesake sifat magnetar sing padha.

3.3 Ledakan Raksasa

Magnetar kadhangkala ngeculake ledakan raksasa—kedadeyan sing banget energetik kanthi puncak luminositas sing bisa ngluwihi 1046 ergs s-1 sakwaktu. Contone kalebu ledakan raksasa taun 1998 saka SGR 1900+14 lan ledakan taun 2004 saka SGR 1806–20, sing mengaruhi ionosfer Bumi saka jarak 50.000 taun cahya. Ledakan kaya ngene asring nuduhake puncak padhang awal sing diiringi buntut pulsa sing dimodulasi dening spin lintang.

3.4 Spin lan Glitches

Kaya pulsar, magnetar bisa nuduhake pulsa periodik adhedhasar laju rotasine, nanging kanthi periode rata-rata luwih alon (~2–12 s). Ambyar lapangan magnetik ngetokake torsi, nyebabake spin-down cepet—luwih cepet tinimbang pulsar standar. Kadang-kadang "glitches" (owah-owahan mendadak ing laju spin) bisa kedadeyan sawisé retakan kerak. Ndeleng owah-owahan spin iki mbantu ngukur pertukaran momentum internal antarane kerak lan inti superfluid.

4. Ambyar Lapangan Magnetik lan Mekanisme Aktivitas

4.1 Pemanasan Ambyar Lapangan

Lapangan sing banget kuwat ing magnetar alon-alon muda, ngeculake energi minangka panas. Pemanasan internal iki bisa njaga suhu permukaan nganti atusan ewu nganti yuta Kelvin, luwih dhuwur tinimbang lintang neutron sing adhem kanthi umur sing padha. Pemanasan kaya ngene ndhukung emisi sinar X sing terus-terusan.

4.2 Hall Drift Kerak lan Difusi Ambipolar

Proses non-linear ing kerak lan inti—Hall drift (interaksi cairan elektron lan medan magnet) lan ambipolar diffusion (partikel muatan ngalir miturut medan)—bisa ngatur maneh medan sajrone wektu 103–106 taun, nyokong ledakan lan luminositas tenang [7].

4.3 Starquakes lan Rekoneksi Magnetik

Tegangan saka evolusi medan bisa ngrusak kerak, ngeculake energi dadakan kaya gempa tektonik—starquakes. Iki bisa ngatur maneh medan magnetosfer, ngasilake acara rekoneksi utawa flare skala gedhe. Model nggawe analogi karo flare srengenge nanging luwih gedhe pirang-pirang orde. Sawise flare, relaksasi bisa ngowahi laju spin utawa pola emisi magnetosfer.

5. Evolusi Magnetar lan Tahap Pungkasan

5.1 Pudar Jangka Panjang

Luwih saka 105–106 taun, magnetar kamungkinan berkembang dadi lintang neutron konvensional nalika medan melemah ing ngisor ~1012 G. Episode aktif lintang (ledakan, flare gedhe) dadi luwih arang. Pungkasané, lintang dadi adhem lan dadi kurang padhang ing sinar-X, kaya pulsar "mati" sing luwih tuwa kanthi medan magnet sisa sing sederhana.

5.2 Interaksi Biner?

Magnetar ing biner arang diamati, nanging sawetara bisa ana. Yen magnetar duwe kanca lintang sing cedhak, transfer massa bisa ngasilake ledakan tambahan utawa ngowahi evolusi spin. Nanging, bias observasi utawa umur magnetar sing cekak bisa nerangake kenapa kita arang utawa ora weruh biner magnetar.

5.3 Potensi Merger

Sakjane, magnetar bisa gabung karo lintang neutron liyane utawa bolongan ireng ing sistem biner, ngasilake gelombang gravitasi lan bisa uga gamma-ray burst sing cekak. Acara kaya ngono bisa ngluwihi flare magnetar biasa saka segi skala energi. Secara observasi, iki isih kemungkinan teoretis, nanging gabungan lintang neutron kanthi medan kuwat bisa dadi laboratorium kosmik sing katastrofik.

6. Implikasi kanggo Astrofisika

6.1 Gamma-Ray Bursts

Sawetara gamma-ray bursts cekak utawa dawa bisa didhukung dening magnetar sing kabentuk saka kolaps inti utawa acara merger. "Millisecond magnetars" sing muter cepet bisa ngeculake energi rotasi sing gedhe banget, mbentuk utawa nyokong jet GRB. Observasi plateau afterglow ing sawetara GRB cocog karo injeksi energi tambahan saka magnetar anyar.

6.2 Sumber Sinar-X Ultra-Luminous?

Medan B dhuwur bisa nyebabake aliran metu sing kuwat utawa beaming, bisa uga nerangake sawetara sumber sinar-X ultra-luminous (ULXs) yen akresi dumadi ing lintang neutron kanthi medan kaya magnetar. Sistem kaya ngono bisa ngluwihi luminositas Eddington kanggo lintang neutron biasa, utamane yen geometri utawa beaming melu [8].

6.3 Nglacak Materi Padhet lan QED

Kahanan ekstrim ing sacedhake permukaan magnetar ngidini kita nguji QED ing medan kuwat. Pengamatan polarisasi utawa garis spektral bisa mbukak birefringensi vakum utawa pemecahan foton, fenomena sing ora bisa diuji ing Bumi. Iki mbantu ngasah fisika nuklir lan teori medan kuantum ing kahanan ultra-padhet.

7. Kampanye Pengamatan lan Riset Mangsa Ngarep

  1. Swift and NICER: Nglacak ledakan magnetar ing pita X-ray lan gamma-ray.
  2. NuSTAR: Sensitif marang X-ray keras saka ledakan utawa flare raksasa, nangkep buntut energi dhuwur saka spektrum magnetar.
  3. Radio Searches: Sawetara magnetar kadhangkala nuduhake pulsasi radio, nyambungake populasi magnetar lan pulsar biasa.
  4. Optical/IR: Pasangan optik utawa IR sing arang banget padhang, nanging bisa mbukak jet utawa radiasi ulang debu sawisé ledakan.

Teleskop sing bakal teka utawa direncanakake—kaya European ATHENA observatorium X-ray—janji wawasan luwih jero, sinau magnetar sing luwih padhang utawa nangkep wiwitan flare raksasa sacara langsung.

8. Kesimpulan

Magnetars dumunung ing puncak fisika lintang neutron. Medan magnet sing luar biasa—nganti 1015 G—nyebabake ledakan sing ganas, gempa lintang, lan flare gamma-ray sing ora bisa dicegah. Dibentuk saka inti lintang masif sing ambruk ing kahanan khusus (rotasi cepet, aksi dinamo sing kondusif), magnetar tetep dadi fenomena kosmik sing umur cendhak, sumunar kanthi padhang kira-kira ~104–105 taun sadurunge peluruhan medan nyuda aktivitasé.

Saka pengamatan, soft gamma repeaters lan anomalous X-ray pulsars makili magnetar ing kahanan sing beda-beda, kadhangkala ngluncurake ledakan raksasa sing spektakuler sing malah bisa dideteksi Bumi. Sinau babagan obyek iki maringi pencerahan babagan quantum electrodynamics ing medan sing kuwat, struktur materi ing kerapatan nuklir, lan proses sing nyebabake ledakan neutrino, gelombang gravitasi, lan elektromagnetik. Nalika kita ngasah model peluruhan medan lan ngawasi ledakan magnetar nganggo piranti multi-wavelength sing luwih canggih, magnetar bakal terus nyinari sawetara pojok paling eksotik saka astrofisika—ngendi materi, medan, lan gaya fundamental padha kumpul ing kondisi ekstrim sing nggumunake.

Referensi lan Wacan Luwih Jero

  1. Duncan, R. C., & Thompson, C. (1992). “Pembentukan lintang neutron sing magnetisé banget kuwat: Implikasi kanggo gamma-ray bursts.” The Astrophysical Journal Letters, 392, L9–L13.
  2. Thompson, C., & Duncan, R. C. (1995). “Soft gamma repeaters minangka lintang neutron sing magnetisé banget kuwat – I. Mekanisme radiatif kanggo ledakan.” Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 275, 255–300.
  3. Kouveliotou, C., et al. (1998). “An X-ray pulsar with a superstrong magnetic field in the soft gamma-ray repeater SGR 1806-20.” Nature, 393, 235–237.
  4. Mereghetti, S. (2008). “The strongest cosmic magnets: Soft Gamma-ray Repeaters and Anomalous X-ray Pulsars.” Astronomy & Astrophysics Review, 15, 225–287.
  5. Harding, A. K., & Lai, D. (2006). “Physics of strongly magnetized neutron stars.” Reports on Progress in Physics, 69, 2631–2708.
  6. Kaspi, V. M., & Beloborodov, A. M. (2017). “Magnetars.” Annual Review of Astronomy and Astrophysics, 55, 261–301.
  7. Pons, J. A., et al. (2009). “Magnetic field evolution in neutron star crusts.” Physical Review Letters, 102, 191102.
  8. Bachetti, M., et al. (2014). “An ultraluminous X-ray source powered by an accreting neutron star.” Nature, 514, 202–204.
  9. Woods, P. M., & Thompson, C. (2006). “Soft gamma repeaters and anomalous X-ray pulsars: Magnetar candidates.” Compact Stellar X-ray Sources, Cambridge University Press, 547–586.

 

← Artikel sadurunge                    Artikel sabanjure →

 

 

Bali menyang ndhuwur

Bali menyang Blog