IXPE 对磁星偏振 X 射线的探测及 QED 真空共振处的光子模式转换

成像 X 射线偏振探测器（IXPE）近期对反常 X 射线脉冲星 4U 0142+61 与 1RXS J170849.0-400910 的观测为研究磁星（拥有超强磁场 $B\gtrsim 10^{14}$~G 的中子星）开辟了新途径。从 4U 0142+61 探测到的偏振 X 射线展现出从低光子能量（$E\lesssim 4$~keV）到高能量（$E\gtrsim 5.5$~keV）的 90$^\circ$ 线偏振摆动。我们表明，此摆动可由磁星大气真空共振处的光子偏振模式转换解释；该共振源于强磁场中等离子体诱导双折射与 QED 诱导真空双折射的联合效应。这一解释提示 4U 0142 的大气由部分电离重元素组成，且表面磁场可比或小于 $10^{14}$~G，与由测得自旋减速推断的偶极场一致。它还意味着 4U 0142+61 的自转轴与其速度方向对齐。1RXS J170849.0-400910 的偏振 X 射线未展现此种 90$^\circ$ 摆动，与 $B\gtrsim 5\times 10^{14}$~G 的磁星大气发射一致。