Abstract
In this paper we present the science potential of the enhanced X-ray Timing and Polarimetry (eXTP) mission, in its new configuration, for studies of strongly magnetized compact objects. We discuss the scientific potential of eXTP for quantum electrodynamic (QED) studies, especially leveraging the recent observations made with the NASA IXPE mission. Given eXTP’s unique combination of timing, spectroscopy, and polarimetry, we focus on the perspectives for physics and astrophysics studies of strongly magnetized compact objects, such as magnetars and accreting X-ray pulsars. Developed by an international Consortium led by the Institute of High Energy Physics of the Chinese Academy of Sciences, the eXTP mission is expected to launch in early 2030.
Similar content being viewed by others
References
S. N. Zhang, M. Feroci, A. Santangelo, Y. W. Dong, H. Feng, F. J. Lu, K. Nandra, Z. S. Wang, S. Zhang, E. Bozzo, et al., Proc. SPIE 9905, 99051Q (2016).
S. N. Zhang, A. Santangelo, M. Feroci, Y. P. Xu, F. J. Lu, Y. Chen, H. Feng, S. Zhang, S. Brandt, M. Hernanz, et al., Sci. China-Phys. Mech. Astron. 62, 029502 (2019).
S.-N. Zhang, A. Santangelo, Y. Xu, H. Feng, F. Lu, Y. Chen, M. Ge, K. Nandra, X. Wu, M. Feroci, et al., Sci. China-Phys. Mech. Astron. 68, 119502 (2025)
E. Costa, P. Soffitta, R. Bellazzini, A. Brez, N. Lumb, and G. Spandre, Nature 411, 662 (2001).
R. Bellazzini, L. Baldini, A. Brez, E. Costa, L. Latronico, N. Omodei, P. Soffitta, and G. Spandre, Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. Sect. A 510, 176 (2003).
R. Bellazzini, G. Spandre, M. Minuti, L. Baldini, A. Brez, L. Latronico, N. Omodei, M. Razzano, M. M. Massai, M. Pesce-Rollins, et al., Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. Sect. A 579, 853 (2007).
R. Bellazzini, A. Brez, E. Costa, M. Minuti, F. Muleri, M. Pinchera, A. Rubini, P. Soffitta, and G. Spandre, Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. Sect. A 720, 173 (2013).
A. Santangelo, S. Zane, H. Feng, R. X. Xu, V. Doroshenko, E. Bozzo, I. Caiazzo, F. C. Zelati, P. Esposito, D. González-Caniulef, et al., Sci. China-Phys. Mech. Astron. 62, 029505 (2019).
H. Feng, H. Li, X. Long, R. Bellazzini, E. Costa, Q. Wu, J. Huang, W. Jiang, M. Minuti, W. Wang, et al., Nat. Astron. 4, 511 (2020).
S. Zane, R. Taverna, D. GonzálezCCaniulef, F. Muleri, R. Turolla, J. Heyl, K. Uchiyama, M. Ng, T. Tamagawa, I. Caiazzo, et al., Astrophys. J. Lett. 944, L27 (2023).
R. Turolla, R. Taverna, G. L. Israel, F. Muleri, S. Zane, M. Bachetti, J. Heyl, A. Di Marco, E. Gau, H. Krawczynski, et al., Astrophys. J. 954, 88 (2023).
J. Heyl, R. Taverna, R. Turolla, G. L. Israel, M. Ng, D. Kırmızıbayrak, D. González-Caniulef, I. Caiazzo, S. Zane, S. R. Ehlert, et al., Mon. Not. R. Astron. Soc. 527, 12219 (2024).
R. Taverna, and R. Turolla, Galaxies 12, 6 (2024).
H. L. Peng, M. Y. Ge, S. S. Weng, Q. C. Zhao, W. T. Ye, L. Zhang, L. Q. Qi, and Y. L. Tuo, Astrophys. J. 961, 106 (2024).
M. Rigoselli, R. Taverna, S. Mereghetti, R. Turolla, G. L. Israel, S. Zane, L. Marra, F. Muleri, A. Borghese, F. Coti Zelati, et al., Astrophys. J. Lett. 985, L34 (2025).
R. Stewart, G. A. Younes, A. K. Harding, Z. Wadiasingh, M. G. Baring, M. Negro, T. E. Strohmayer, W. C. G. Ho, M. Ng, Z. Arzoumanian, et al., Astrophys. J. Lett. 985, L35 (2025).
R. Taverna, in Detection of polarized X-rays in the magnetar source 4U 0142+61: Proceedings of the American Astronomical Society Meeting #240, American Astronomical Society Meeting Abstracts, 240 246.04 (2022).
R. Taverna, in Polarized X-rays from the magnetar 4U 0142+61: Proceedings of the 31st Texas Symposium on Relativistic Astrophysics (Prague, 2022).
W. Heisenberg, and H. Euler, Z. Physik 98, 714 (1936).
V. S. Weisskopf, Det Kgl. Danske Videnskabernes Selskab. Mathematisk-fysiske Meddelelser 14, 1 (1936).
Y. N. Gnedin, G. G. Pavlov, and Y. A. Shibanov, Soviet Astron. Lett. 4, 117 (1978).
J. S. Heyl, and L. Hernquist, J. Phys. A-Math. Gen. 30, 6485 (1997).
A. Ejlli, F. Della Valle, U. Gastaldi, G. Messineo, R. Pengo, G. Ruoso, and G. Zavattini, Phys. Rep. 871, 1 (2020).
R. Fernández, and S. W. Davis, Astrophys. J. 730, 131 (2011).
J. S. Heyl, N. J. Shaviv, and D. Lloyd, Mon. Not. R. Astron. Soc. 342, 134 (2003).
R. Taverna, R. Turolla, D. Gonzalez Caniulef, S. Zane, F. Muleri, and P. Soffitta, Mon. Not. R. Astron. Soc. 454, 3254 (2015).
D. González Caniulef, S. Zane, R. Taverna, R. Turolla, and K. Wu, Mon. Not. R. Astron. Soc. 459, 3585 (2016).
S. A. Olausen, and V. M. Kaspi, Astrophys. J. Suppl. Ser. 212, 6 (2014).
R. Turolla, S. Zane, and A. L. Watts, Rep. Prog. Phys. 78, 116901 (2015).
M. van Adelsberg, and R. Perna, Mon. Not. R. Astron. Soc. 399, 1523 (2009).
R. Taverna, R. Turolla, V. Suleimanov, A. Y. Potekhin, and S. Zane, Mon. Not. R. Astron. Soc. 492, 5057 (2020).
L. Baldini, N. Bucciantini, N. D. Lalla, S. Ehlert, A. Manfreda, M. Negro, N. Omodei, M. Pesce-Rollins, C. Sgrò, and S. Silvestri, SoftwareX 19, 101194 (2022).
R. Taverna, R. Turolla, F. Muleri, J. Heyl, S. Zane, L. Baldini, D. González-Caniulef, M. Bachetti, J. Rankin, I. Caiazzo, et al., Science 378, 646 (2022).
V. Radhakrishnan, and D. J. Cooke, Astrophys. Lett. 3, 225 (1969).
J. Poutanen, Astron. Astrophys. 641, A166 (2020).
D. De Grandis, R. Taverna, R. Turolla, A. Gnarini, S. B. Popov, S. Zane, and T. S. Wood, Astrophys. J. 914, 118 (2021).
A. G. Suvorov, and J. A. Pons, Mon. Not. R. Astron. Soc. 539, 3655 (2025).
A. Tiengo, P. Esposito, S. Mereghetti, R. Turolla, L. Nobili, F. Gastaldello, D. Götz, G. L. Israel, N. Rea, L. Stella, et al., Nature 500, 312 (2013).
D. Pizzocaro, A. Tiengo, S. Mereghetti, R. Turolla, P. Esposito, L. Stella, S. Zane, N. Rea, F. Coti Zelati, and G. Israel, Astron. Astrophys. 626, A39 (2019).
G. A. Rodríguez Castillo, G. L. Israel, A. Tiengo, D. Salvetti, R. Turolla, S. Zane, N. Rea, P. Esposito, S. Mereghetti, R. Perna, et al., Mon. Not. R. Astron. Soc. 456, 4145 (2016).
A. Borghese, N. Rea, F. C. Zelati, A. Tiengo, and R. Turolla, Astrophys. J. 807, L20 (2015).
A. Borghese, N. Rea, F. Coti Zelati, A. Tiengo, R. Turolla, and S. Zane, Mon. Not. R. Astron. Soc. 468, 2975 (2017).
R. Staubert, J. Trümper, E. Kendziorra, D. Klochkov, K. Postnov, P. Kretschmar, K. Pottschmidt, F. Haberl, R. E. Rothschild, A. Santangelo, et al., Astron. Astrophys. 622, A61 (2019).
A. Mushtukov, and S. Tsygankov, Accreting Strongly Magnetised Neutron Stars: X-Ray Pulsars (Springer, Singapore, 2024), pp. 4105–4176.
R. Doroshenko, A. Santangelo, V. Doroshenko, V. Suleimanov, and S. Piraino, Mon. Not. R. Astron. Soc. 452, 2490 (2015).
S. Molkov, A. Lutovinov, S. Tsygankov, I. Mereminskiy, and A. Mushtukov, Astrophys. J. Lett. 883, L11 (2019).
S. Molkov, V. Doroshenko, A. Lutovinov, S. Tsygankov, A. Santangelo, I. Mereminskiy, and A. Semena, Astrophys. J. Lett. 915, L27 (2021).
A. A. Mushtukov, V. F. Suleimanov, S. S. Tsygankov, and S. Portegies Zwart, Mon. Not. R. Astron. Soc. 503, 5193 (2021).
E. Sokolova-Lapa, M. Gornostaev, J. Wilms, R. Ballhausen, S. Falkner, K. Postnov, P. Thalhammer, F. Fürst, J. A. García, N. Shakura, et al., Astron. Astrophys. 651, A12 (2021).
P. A. Becker, D. Klochkov, G. Schönherr, O. Nishimura, C. Ferrigno, I. Caballero, P. Kretschmar, M. T. Wolff, J. Wilms, and R. Staubert, Astron. Astrophys. 544, A123 (2012).
J. Poutanen, S. S. Tsygankov, and S. V. Forsblom, Galaxies 12, 46 (2024).
R. A. London, W. M. Howard, and R. E. Taam, Astrophys. J. 306, 170 (1986).
G. G. Pavlov, D. Sanwal, and M. A. Teter, in Young Neutron Stars and Their Environments, edited by F. Camilo, and B. M. Gaensler (Astronomical Society of the Pacific, San Francisco, 2004), p. 239.
A. De Luca, J. Phys.-Conf. Ser. 932, 012006 (2017).
I. A. Shibanov, V. E. Zavlin, G. G. Pavlov, and J. Ventura, Astron. Astrophys. 266, 313 (1992).
G. G. Pavlov, Y. A. Shibanov, J. Ventura, and V. E. Zavlin, Astron. Astrophys. 289, 837 (1994).
S. Zane, R. Turolla, and A. Treves, Astrophys. J. 537, 387 (2000).
W. C. G. Ho, D. Lai, A. Y. Potekhin, and G. Chabrier, Astrophys. J. 599, 1293 (2003).
A. Y. Potekhin, D. Lai, G. Chabrier, and W. C. G. Ho, Astrophys. J. 612, 1034 (2004).
K. Mori, and W. C. G. Ho, Mon. Not. R. Astron. Soc. 377, 905 (2007).
W. C. G. Ho, D. L. Kaplan, P. Chang, M. Van Adelsberg, and A. Y. Potekhin, Mon. Not. R. Astron. Soc. 375, 821 (2007).
V. Suleimanov, A. Y. Potekhin, and K. Werner, Astron. Astrophys. 500, 891 (2009).
V. F. Suleimanov, G. G. Pavlov, and K. Werner, Astrophys. J. 751, 15 (2012).
A. Y. Potekhin, Phys.-Usp. 57, 735 (2014).
W. C. G. Ho, and D. Lai, Mon. Not. R. Astron. Soc. 327, 1081 (2001).
F. Ozel, Astrophys. J. 563, 276 (2001).
S. Zane, R. Turolla, L. Stella, and A. Treves, Astrophys. J. 560, 384 (2001).
M. van Adelsberg, and D. Lai, Mon. Not. R. Astron. Soc. 373, 1495 (2006).
J. Ventura, Phys. Rev. D 19, 1684 (1979).
W. C. G. Ho, and D. Lai, Mon. Not. R. Astron. Soc. 338, 233 (2003).
A. K. Harding, and D. Lai, Rep. Prog. Phys. 69, 2631 (2006).
G. G. Pavlov, and Y. A. Shibanov, Soviet J. Exp. Theor. Phys. 49, 741 (1979).
R. M. E. Kelly, S. Zane, R. Turolla, and R. Taverna, Mon. Not. R. Astron. Soc. 528, 3927 (2024).
D. Gonzaílez-Caniulef, S. Zane, R. Turolla, and K. Wu, Mon. Not. R. Astron. Soc. 483, 599 (2019).
R. M. E. Kelly, D. González-Caniulef, S. Zane, R. Turolla, and R. Taverna, Mon. Not. R. Astron. Soc. 534, 1355 (2024).
D. Lai, and E. E. Salpeter, Astrophys. J. 491, 270 (1997).
D. Lai, Rev. Mod. Phys. 73, 629 (2001).
R. Turolla, S. Zane, and J. J. Drake, Astrophys. J. 603, 265 (2004).
A. Y. Potekhin, V. F. Suleimanov, M. van Adelsberg, and K. Werner, Astron. Astrophys. 546, A121 (2012).
S. Bogdanov, and W. C. G. Ho, Astrophys. J. 969, 53 (2024).
G. G. Pavlov, and G. J. M. Luna, Astrophys. J. 703, 910 (2009).
D. Klochkov, V. Suleimanov, G. Pühlhofer, D. G. Yakovlev, A. Santangelo, and K. Werner, Astron. Astrophys. 573, A53 (2015).
W. C. G. Ho, and C. O. Heinke, Nature 462, 71 (2009).
V. Doroshenko, V. Suleimanov, G. Pühlhofer, and A. Santangelo, Nat. Astron. 6, 1444 (2022).
A. Y. Potekhin, D. A. Baiko, P. Haensel, and D. G. Yakovlev, Astron. Astrophys. 346, 345 (1999).
A. Y. Potekhin, J. A. Pons, and D. Page, Space Sci. Rev. 191, 239 (2015).
S. Bogdanov, Astrophys. J. 790, 94 (2014).
V. F. Suleimanov, D. Klochkov, J. Poutanen, and K. Werner, Astron. Astrophys. 600, A43 (2017).
V. F. Suleimanov, J. Poutanen, V. Doroshenko, and K. Werner, Astron. Astrophys. 673, A15 (2023).
S. Mereghetti, Astron. Astrophys. Rev. 15, 225 (2008).
C. Thompson, M. Lyutikov, and S. R. Kulkarni, Astrophys. J. 574, 332 (2002).
R. C. Duncan, and C. Thompson, Astrophys. J. 392, L9 (1992).
L. Nobili, R. Turolla, and S. Zane, Mon. Not. R. Astron. Soc. 386, 1527 (2008).
R. Taverna, F. Muleri, R. Turolla, P. Soffitta, S. Fabiani, and L. Nobili, Mon. Not. R. Astron. Soc. 438, 1686 (2014).
D. Lai, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 120, e2216534120 (2023).
S. Johnston, M. Kramer, A. Karastergiou, M. J. Keith, L. S. Oswald, A. Parthasarathy, and P. Weltevrede, Mon. Not. R. Astron. Soc. 520, 4801 (2023).
J. Heyl, V. Doroshenko, D. González-Caniulef, I. Caiazzo, J. Poutanen, A. Mushtukov, S. S. Tsygankov, D. Kirmizibayrak, M. Bachetti, G. G. Pavlov, et al., Nat. Astron. 8, 1047 (2024).
M. Kramer, B. W. Stappers, A. Jessner, A. G. Lyne, and C. A. Jordan, Mon. Not. R. Astron. Soc. 377, 107 (2007).
L. Levin, M. Bailes, S. D. Bates, N. D. R. Bhat, M. Burgay, S. Burke-Spolaor, N. D’Amico, S. Johnston, M. J. Keith, M. Kramer, et al., Mon. Not. R. Astron. Soc. 422, 2489 (2012).
X. Liu, H. Xu, J. Niu, Y. Zhang, J. Jiang, D. Zhou, J. Han, W. Zhu, K. Lee, D. Li, et al., Astrophys. J. 988, 175 (2025).
A. M. Beloborodov, Astrophys. J. 703, 1044 (2009).
H. Tong, Mon. Not. R. Astron. Soc. 489, 3769 (2019).
H. Tong, P. F. Wang, H. G. Wang, and Z. Yan, Mon. Not. R. Astron. Soc. 502, 1549 (2021).
K. Makishima, T. Enoto, J. S. Hiraga, T. Nakano, K. Nakazawa, S. Sakurai, M. Sasano, and H. Murakami, Phys. Rev. Lett. 112, 171102 (2014).
K. Makishima, T. Enoto, H. Yoneda, and H. Odaka, Mon. Not. R. Astron. Soc. 502, 2266 (2021).
K. Makishima, T. Tamba, Y. Aizawa, H. Odaka, H. Yoneda, T. Enoto, and H. Suzuki, Astrophys. J. 923, 63 (2021).
K. Makishima, N. Uchida, and T. Enoto, Publ. Astron. Soc. Jpn. 76, 688 (2024).
G. Desvignes, P. Weltevrede, Y. Gao, D. I. Jones, M. Kramer, M. Caleb, R. Karuppusamy, L. Levin, K. Liu, A. G. Lyne, et al., Nat. Astron. 8, 617 (2024).
C. Cutler, Phys. Rev. D 66, 084025 (2002).
S. Dall’Osso, S. N. Shore, and L. Stella, Mon. Not. R. Astron. Soc. 398, 1869 (2009).
Q. Cheng, S. N. Zhang, X. P. Zheng, and X. L. Fan, Phys. Rev. D 99, 083011 (2019).
Y. L. Yan, Q. Cheng, and X. P. Zheng, Sci. China-Phys. Mech. Astron. 67, 129513 (2024).
F. Y. Hu, Q. Cheng, X. P. Zheng, J. Q. Wang, Y. L. Yan, J. Y. Wang, and T. Y. Luo, Res. Astron. Astrophys. 23, 055020 (2023).
J. Shu, Q. Cheng, and X. P. Zheng, Phys. Rev. D 111, 023038 (2025).
Y. L. Yan, Q. Cheng, X. P. Zheng, and X. X. Ouyang, Eur. Phys. J. C 84, 1043 (2024).
M. Ruderman, Nature 223, 597 (1969).
G. Baym, and D. Pines, Ann. Phys. 66, 816 (1971).
R. X. Xu, Astrophys. J. 596, L59 (2003).
G. Baym, C. Pethick, and D. Pines, Nature 224, 673 (1969).
P. W. Anderson, and N. Itoh, Nature 256, 25 (1975).
D. Antonopoulou, B. Haskell, and C. M. Espinoza, Rep. Prog. Phys. 85, 126901 (2022).
S. Zhou, E. Gügercinoğlu, J. Yuan, M. Ge, and C. Yu, Universe 8, 641 (2022).
H. J. Pletsch, L. Guillemot, B. Allen, D. Anderson, C. Aulbert, O. Bock, D. J. Champion, H. B. Eggenstein, H. Fehrmann, D. Hammer, et al., Astrophys. J. 779, L11 (2013).
S. Dai, S. Johnston, P. Weltevrede, M. Kerr, M. Burgay, P. Esposito, G. Israel, A. Possenti, N. Rea, and J. Sarkissian, Mon. Not. R. Astron. Soc. 480, 3584 (2018).
R. F. Archibald, V. M. Kaspi, S. P. Tendulkar, and P. Scholz, Astrophys. J. 869, 180 (2018).
R. F. Archibald, V. M. Kaspi, C. Y. Ng, K. N. Gourgouliatos, D. Tsang, P. Scholz, A. P. Beardmore, N. Gehrels, and J. A. Kennea, Nature 497, 591 (2013).
G. Younes, P. S. Ray, M. G. Baring, C. Kouveliotou, C. Fletcher, Z. Wadiasingh, A. K. Harding, and A. Goldstein, Astrophys. J. Lett. 896, L42 (2020).
S. Şaşmaz Muş, B. Aydın, and E. Gögüş, Mon. Not. R. Astron. Soc. 440, 2916 (2014).
P. S. Ray, S. Guillot, W. C. G. Ho, M. Kerr, T. Enoto, K. C. Gendreau, Z. Arzoumanian, D. Altamirano, S. Bogdanov, R. Campion, et al., Astrophys. J. 879, 130 (2019).
Y. Tuo, M. M. Serim, M. Antonelli, L. Ducci, A. Vahdat, M. Ge, A. Santangelo, and F. Xie, Astrophys. J. Lett. 967, L13 (2024).
E. M. Kantor, and M. E. Gusakov, Astrophys. J. 797, L4 (2014).
G. Howitt, and A. Melatos, Mon. Not. R. Astron. Soc. 514, 863 (2022).
S. Q. Zhou, W. T. Ye, M. Y. Ge, E. Gügercinoğlu, S. J. Zheng, C. Yu, J. P. Yuan, and J. Zhang, Astrophys. J. 977, 243 (2024).
Y. F. Huang, and J. J. Geng, Astrophys. J. 782, L20 (2014).
A. K. Harding, I. Contopoulos, and D. Kazanas, Astrophys. J. 525, L125 (1999).
H. Tong, Astrophys. J. 784, 86 (2014).
M. Lyutikov, arXiv: 1306.2264.
F. García, and I. F. Ranea-Sandoval, Mon. Not. R. Astron. Soc.-Lett. 449, L73 (2015).
F. E. Marshall, L. Guillemot, A. K. Harding, P. Martin, and D. A. Smith, Astrophys. J. 807, L27 (2015).
E. Zubieta, F. García, S. del Palacio, C. M. Espinoza, S. B. Araujo Furlan, G. Gancio, C. O. Lousto, J. A. Combi, and E. Gügercinoğlu, Astron. Astrophys. 694, A124 (2025).
J. Liu, H. G. Wang, Z. Q. Shen, Z. Yan, H. Tong, Z. P. Huang, and R. S. Zhao, Astrophys. J. 931, 103 (2022).
J. Palfreyman, J. M. Dickey, A. Hotan, S. Ellingsen, and W. van Straten, Nature 556, 219 (2018).
B. Link, R. I. Epstein, and J. M. Lattimer, Phys. Rev. Lett. 83, 3362 (1999).
R. Dib, and V. M. Kaspi, Astrophys. J. 784, 37 (2014).
O. Akbal, E. Gügercinoğlu, S. Şaşmaz Muş, and M. A. Alpar, Mon. Not. R. Astron. Soc. 449, 933 (2015).
C. Hu, and C. Ng, Astron. Nachr. 340, 340 (2019).
J. R. Fuentes, C. M. Espinoza, A. Reisenegger, B. Shaw, B. W. Stappers, and A. G. Lyne, Astron. Astrophys. 608, A131 (2017).
M. Ruderman, Astrophys. J. 382, 587 (1991).
A. G. Suvorov, and K. D. Kokkotas, Mon. Not. R. Astron. Soc. 488, 5887 (2019).
W. Wang, R. Luo, H. Yue, X. Chen, K. Lee, and R. Xu, Astrophys. J. 852, 140 (2018).
Z. Wadiasingh, and A. Timokhin, Astrophys. J. 879, 4 (2019).
I. Wasserman, J. M. Cordes, S. Chatterjee, and G. Batra, Astrophys. J. 928, 53 (2022).
T. Totani, and Y. Tsuzuki, Mon. Not. R. Astron. Soc. 526, 2795 (2023).
Q. Wu, F. Y. Wang, Z. Y. Zhao, P. Wang, H. Xu, Y. K. Zhang, D. J. Zhou, J. R. Niu, W. Y. Wang, S. X. Yi, et al., Astrophys. J. Lett. 979, L42 (2025).
Y. P. Yang, and B. Zhang, Astrophys. J. 919, 89 (2021).
X. Li, M. Ge, L. Lin, S. N. Zhang, L. Song, X. Cao, B. Zhang, F. Lu, Y. Xu, S. Xiong, et al., Astrophys. J. 931, 56 (2022).
M. Y. Ge, Y. P. Yang, F. J. Lu, S. Q. Zhou, L. Ji, S. N. Zhang, B. Zhang, L. Zhang, P. Wang, K. Lee, et al., Res. Astron. Astrophys. 24, 015016 (2024).
B. Shaw, A. G. Lyne, B. W. Stappers, P. Weltevrede, C. G. Bassa, A. Y. Lien, M. B. Mickaliger, R. P. Breton, C. A. Jordan, M. J. Keith, et al., Mon. Not. R. Astron. Soc. 478, 3832 (2018).
C. P. Hu, T. Narita, T. Enoto, G. Younes, Z. Wadiasingh, M. G. Baring, W. C. G. Ho, S. Guillot, P. S. Ray, T. Güver, et al., Nature 626, 500 (2024).
G. Younes, M. G. Baring, A. K. Harding, T. Enoto, Z. Wadiasingh, A. B. Pearlman, W. C. G. Ho, S. Guillot, Z. Arzoumanian, A. Borghese, et al., Nat. Astron. 7, 339 (2023).
Q. Wu, Z. Y. Zhao, and F. Y. Wang, Mon. Not. R. Astron. Soc. 523, 2732 (2023).
W. H. Wang, H. Xu, W. Y. Wang, S. Du, Q. Cheng, X. P. Zheng, and R. X. Xu, Mon. Not. R. Astron. Soc. 507, 2208 (2021).
A. M. Juett, H. L. Marshall, D. Chakrabarty, and N. S. Schulz, Astrophys. J. 568, L31 (2002).
G. B. Hobbs, R. T. Edwards, and R. N. Manchester, Mon. Not. R. Astron. Soc. 369, 655 (2006).
E. P. Mazets, S. V. Golenetskii, V. N. Il’inskii, R. L. Aptekar’, and Y. A. Guryan, Nature 282, 587 (1979).
K. Hurley, T. Cline, E. Mazets, S. Barthelmy, P. Butterworth, F. Marshall, D. Palmer, R. Aptekar, S. Golenetskii, V. Il’Inskii, et al., Nature 397, 41 (1999).
K. Hurley, S. E. Boggs, D. M. Smith, R. C. Duncan, R. Lin, A. Zoglauer, S. Krucker, G. Hurford, H. Hudson, C. Wigger, et al., Nature 434, 1098 (2005).
D. M. Palmer, S. Barthelmy, N. Gehrels, R. M. Kippen, T. Cayton, C. Kouveliotou, D. Eichler, R. A. M. J. Wijers, P. M. Woods, J. Granot, et al., Nature 434, 1107 (2005).
D. Svinkin, D. Frederiks, K. Hurley, R. Aptekar, S. Golenetskii, A. Lysenko, A. V. Ridnaia, A. Tsvetkova, M. Ulanov, T. L. Cline, et al., Nature 589, 211 (2021).
F. Coti Zelati, N. Rea, J. A. Pons, S. Campana, and P. Esposito, Mon. Not. R. Astron. Soc. 474, 961 (2018).
W. Yuan, L. Dai, H. Feng, C. Jin, P. Jonker, E. Kuulkers, Y. Liu, K. Nandra, P. O’Brien, L. Piro, et al., Sci. China-Phys. Mech. Astron. 68, 239501 (2025).
J. Wei, B. Cordier, S. Antier, P. Antilogus, J. L. Atteia, A. Bajat, S. Basa, V. Beckmann, M. G. Bernardini, S. Boissier, et al., arXiv: 1610.06892.
P. A. Sturrock, A. K. Harding, and J. K. Daugherty, Bull. Amer. Astron. Soc. 21, 768 (1989).
C. Thompson, and R. C. Duncan, Mon. Not. R. Astron. Soc. 275, 255 (1995).
T. van Putten, A. L. Watts, M. G. Baring, and R. A. M. J. Wijers, Mon. Not. R. Astron. Soc. 461, 877 (2016).
R. Taverna, and R. Turolla, Mon. Not. R. Astron. Soc. 469, 3610 (2017).
G. L. Israel, P. Romano, V. Mangano, S. Dall’Osso, G. Chincarini, L. Stella, S. Campana, T. Belloni, G. Tagliaferri, A. J. Blustin, et al., Astrophys. J. 685, 1114 (2008).
N. Rea, and P. Esposito, in High-Energy Emission from Pulsars and their Systems. Astrophysics and Space Science Proceedings, edited by D. F. Torres, and N. Rea (Springer, Berlin, Heidelberg, 2011), pp. 247–273
S. Mereghetti, J. A. Pons, and A. Melatos, Space Sci. Rev. 191, 315 (2015).
T. Enoto, S. Shibata, T. Kitaguchi, Y. Suwa, T. Uchide, H. Nishioka, S. Kisaka, T. Nakano, H. Murakami, and K. Makishima, Astrophys. J. Suppl. Ser. 231, 8 (2017).
Y.-C. Fu, L. Lin, M.-Y. Ge, T. Enoto, C.-P. Hu, G. Younes, E. Göğüş, and C. Malacaria, Astrophys. J. 980, 99 (2025).
E. V. Gotthelf, J. P. Halpern, J. A. J. Alford, T. Mihara, H. Negoro, N. Kawai, S. Dai, M. E. Lower, S. Johnston, M. Bailes, etal., Astrophys. J. Lett. 874, L25 (2019).
A. Borghese, N. Rea, R. Turolla, M. Rigoselli, J. A. J. Alford, E. V. Gotthelf, M. Burgay, A. Possenti, S. Zane, F. Coti Zelati, et al., Mon. Not. R. Astron. Soc. 504, 5244 (2021).
C. D. Bochenek, V. Ravi, K. V. Belov, G. Hallinan, J. Kocz, S. R. Kulkarni, and D. L. McKenna, Nature 587, 59 (2020).
B. C. Andersen, K. M. Bandura, M. Bhardwaj, A. Bij, M. M. Boyce, P. J. Boyle, C. Brar, T. Cassanelli, P. Chawla, T. Chen, et al., Nature 587, 54 (2020).
C. K. Li, L. Lin, S. L. Xiong, M. Y. Ge, X. B. Li, T. P. Li, F. J. Lu, S. N. Zhang, Y. L. Tuo, Y. Nang, et al., Nat. Astron. 5, 378 (2021).
S. Mereghetti, V. Savchenko, C. Ferrigno, D. Götz, M. Rigoselli, A. Tiengo, A. Bazzano, E. Bozzo, A. Coleiro, T. J. L. Courvoisier, et al., Astrophys. J. Lett. 898, L29 (2020).
M. Tavani, C. Casentini, A. Ursi, F. Verrecchia, A. Addis, L. A. Antonelli, A. Argan, G. Barbiellini, L. Baroncelli, G. Bernardi, et al., Nat. Astron. 5, 401 (2021).
A. Ridnaia, D. Svinkin, D. Frederiks, A. Bykov, S. Popov, R. Aptekar, S. Golenetskii, A. Lysenko, A. Tsvetkova, M. Ulanov, et al., Nat. Astron. 5, 372 (2021).
Y. Xie, J. J. Geng, X. W. Zhu, Z. H. Zhao, Z. Lei, W. Q. Yuan, G. Zhao, X. F. Wu, and B. Qiao, Sci. Bull. 68, 1857 (2023).
S. S. Weng, and L. Ji, Universe 10, 453 (2024).
S. S. Tsygankov, V. Doroshenko, J. Poutanen, J. Heyl, A. A. Mushtukov, I. Caiazzo, A. Di Marco, S. V. Forsblom, D. González-Caniulef, M. Klawin, et al., Astrophys. J. Lett. 941, L14 (2022).
M. M. Basko, and R. A. Sunyaev, Mon. Not. R. Astron. Soc. 175, 395 (1976).
A. A. Mushtukov, V. F. Suleimanov, S. S. Tsygankov, and J. Poutanen, Mon. Not. R. Astron. Soc. 447, 1847 (2015).
P. Meszaros, R. Novick, A. Szentgyorgyi, G. A. Chanan, and M. C. Weisskopf, Astrophys. J. 324, 1056 (1988).
M. C. Weisskopf, P. Soffitta, L. Baldini, B. D. Ramsey, S. L. O’Dell, R. W. Romani, G. Matt, W. D. Deininger, W. H. Baumgartner, R. Bellazzini, et al., J. Astron. Telesc. Instrum. Syst. 8, (2022).
M. Neumann, A. Avakyan, V. Doroshenko, and A. Santangelo, Astron. Astrophys. 677, A134 (2023).
V. Doroshenko, J. Poutanen, S. S. Tsygankov, V. F. Suleimanov, M. Bachetti, I. Caiazzo, E. Costa, A. Di Marco, J. Heyl, F. La Monaca, et al., Nat. Astron. 6, 1433 (2022).
A. Garg, D. Rawat, Y. Bhargava, M. Méndez, and S. Bhattacharyya, Astrophys. J. Lett. 948, L10 (2023).
Q. C. Zhao, H. C. Li, L. Tao, H. Feng, S. N. Zhang, R. Walter, M. Y. Ge, H. Tong, L. Ji, L. Zhang, et al., Mon. Not. R. Astron. Soc. 531, 3935 (2024).
S. S. Tsygankov, V. Doroshenko, A. A. Mushtukov, J. Poutanen, A. Di Marco, J. Heyl, F. La Monaca, S. V. Forsblom, C. Malacaria, H. L. Marshall, et al., Astron. Astrophys. 675, A48 (2023).
H. L. Marshall, M. Ng, D. Rogantini, J. Heyl, S. S. Tsygankov, J. Poutanen, E. Costa, S. Zane, C. Malacaria, I. Agudo, et al., Astrophys. J. 940, 70 (2022).
A. A. Mushtukov, S. S. Tsygankov, J. Poutanen, V. Doroshenko, A. Salganik, E. Costa, A. D. Marco, J. Heyl, F. L. Monaca, A. A. Lutovinov, et al., Mon. Not. R. Astron. Soc. 524, 2004 (2023).
S. V. Forsblom, J. Poutanen, S. S. Tsygankov, M. Bachetti, A. D. Marco, V. Doroshenko, J. Heyl, F. L. Monaca, C. Malacaria, H. L. Marshall, et al., Astrophys. J. Lett. 947, L20 (2023).
S. V. Forsblom, S. S. Tsygankov, V. F. Suleimanov, A. A. Mushtukov, and J. Poutanen, Astron. Astrophys. 696, A224 (2025).
C. Malacaria, J. Heyl, V. Doroshenko, S. S. Tsygankov, J. Poutanen, S. V. Forsblom, F. Capitanio, A. Di Marco, Y. Du, L. Ducci, et al., Astron. Astrophys. 675, A29 (2023).
V. F. Suleimanov, S. V. Forsblom, S. S. Tsygankov, J. Poutanen, V. Doroshenko, R. Doroshenko, F. Capitanio, A. Di Marco, D. González-Caniulef, J. Heyl, et al., Astron. Astrophys. 678, A119 (2023).
V. Doroshenko, J. Poutanen, J. Heyl, S. S. Tsygankov, I. Caiazzo, R. Turolla, A. Veledina, M. C. Weisskopf, S. V. Forsblom, D. González-Caniulef, et al., Astron. Astrophys. 677, A57 (2023).
Q. C. Zhao, L. Tao, S. S. Tsygankov, A. A. Mushtukov, H. Feng, M. Y. Ge, H. C. Li, S. N. Zhang, and L. Zhang, Astron. Astrophys. 693, A241 (2025).
S. Majumder, R. Chatterjee, K. M. Jayasurya, S. Das, and A. Nandi, Astrophys. J. Lett. 971, L21 (2024).
J. Poutanen, S. S. Tsygankov, V. Doroshenko, S. V. Forsblom, P. Jenke, P. Kaaret, A. V. Berdyugin, D. Blinov, V. Kravtsov, I. Liodakis, et al., Astron. Astrophys. 691, A123 (2024).
S. V. Forsblom, S. S. Tsygankov, J. Poutanen, V. Doroshenko, A. A. Mushtukov, M. Ng, S. Ravi, H. L. Marshall, A. Di Marco, F. La Monaca, et al., Astron. Astrophys. 691, A216 (2024).
V. Loktev, S. V. Forsblom, S. S. Tsygankov, J. Poutanen, A. A. Mushtukov, A. Di Marco, J. Heyl, R. M. E. Kelly, F. La Monaca, M. Ng, et al., Astron. Astrophys. 698, A22 (2025).
M. Zhou, L. Ducci, H. Liu, S. S. Tsygankov, S. V. Forsblom, A. A. Mushtukov, V. F. Suleimanov, J. Poutanen, P. Wang, A. Di Marco, et al., Astron. Astrophys. 700, A283 (2025).
A. P. Nitindala, A. Veledina, and J. Poutanen, Astron. Astrophys. 694, A230 (2025).
A. F. Illarionov, and R. A. Sunyaev, Astron. Astrophys. 39, 185 (1975).
L. D. Kong, S. Zhang, S. N. Zhang, L. Ji, V. Doroshenko, A. Santangelo, Y. P. Chen, F. J. Lu, M. Y. Ge, P. J. Wang, et al., Astrophys. J. Lett. 933, L3 (2022).
S. S. Tsygankov, R. Wijnands, A. A. Lutovinov, N. Degenaar, and J. Poutanen, Mon. Not. R. Astron. Soc. 470, 126 (2017).
S. S. Tsygankov, A. A. Lutovinov, V. Doroshenko, A. A. Mushtukov, V. Suleimanov, and J. Poutanen, Astron. Astrophys. 593, A16 (2016).
S. S. Tsygankov, A. Rouco Escorial, V. F. Suleimanov, A. A. Mushtukov, V. Doroshenko, A. A. Lutovinov, R. Wijnands, and J. Poutanen, Mon. Not. R. Astron. Soc.-Lett. 483, L144 (2019).
S. S. Tsygankov, V. Doroshenko, A. A. Mushtukov, V. F. Suleimanov, A. A. Lutovinov, and J. Poutanen, Mon. Not. R. Astron. Soc.-Lett. 487, L30 (2019).
V. Doroshenko, A. Santangelo, V. F. Suleimanov, and S. S. Tsygankov, Astron. Astrophys. 643, A173 (2020).
V. F. Suleimanov, J. Poutanen, and K. Werner, Astron. Astrophys. 619, A114 (2018).
V. Doroshenko, S. S. Tsygankov, A. A. Mushtukov, A. A. Lutovinov, A. Santangelo, V. F. Suleimanov, and J. Poutanen, Mon. Not. R. Astron. Soc. 466, 2143 (2017).
L. D. Kong, S. Zhang, L. Ji, P. Reig, V. Doroshenko, A. Santangelo, R. Staubert, S. N. Zhang, R. Soria, Z. Chang, et al., Astrophys. J. Lett. 917, L38 (2021).
P. J. Wang, L. D. Kong, S. Zhang, V. Doroshenko, A. Santangelo, L. Ji, E. S. Yorgancioglu, Y. P. Chen, S. N. Zhang, J. L. Qu, et al., Astrophys. J. 935, 125 (2022).
K. A. Postnov, M. I. Gornostaev, D. Klochkov, E. Laplace, V. V. Lukin, and N. I. Shakura, Mon. Not. R. Astron. Soc. 452, 1601 (2015).
P. Reig, and E. Nespoli, Astron. Astrophys. 551, A1 (2013).
J. Poutanen, A. A. Mushtukov, V. F. Suleimanov, S. S. Tsygankov, D. I. Nagirner, V. Doroshenko, and A. A. Lutovinov, Astrophys. J. 777, 115 (2013).
G. Fabbiano, Annu. Rev. Astron. Astrophys. 27, 87 (1989).
P. Kaaret, H. Feng, and T. P. Roberts, Annu. Rev. Astron. Astrophys. 55, 303 (2017).
S. N. Fabrika, K. E. Atapin, A. S. Vinokurov, and O. N. Sholukhova, Astrophys. Bull. 76, 6 (2021).
A. King, J. P. Lasota, and M. Middleton, New Astron. Rev. 96, 101672 (2023).
C. Pinto, and D. J. Walton, Ultra-Luminous X-Ray Sources: Extreme Accretion and Feedback (Springer, Singapore 2023), pp. 345–391.
K. Kovlakas, A. Zezas, J. J. Andrews, A. Basu-Zych, T. Fragos, A. Hornschemeier, B. Lehmer, and A. Ptak, Mon. Not. R. Astron. Soc. 498, 4790 (2020).
D. J. Walton, A. D. A. Mackenzie, H. Gully, N. R. Patel, T. P. Roberts, H. P. Earnshaw, and S. Mateos, Mon. Not. R. Astron. Soc. 509, 1587 (2022).
H. Tranin, N. Webb, O. Godet, and E. Quintin, Astron. Astrophys. 681, A16 (2024).
E. J. M. Colbert, and R. F. Mushotzky, Astrophys. J. 519, 89 (1999).
A. R. King, M. B. Davies, M. J. Ward, G. Fabbiano, and M. Elvis, Astrophys. J. 552, L109 (2001).
J. Poutanen, G. Lipunova, S. Fabrika, A. G. Butkevich, and P. Abolmasov, Mon. Not. R. Astron. Soc. 377, 1187 (2007).
L. Zampieri, and T. P. Roberts, Mon. Not. R. Astron. Soc. 400, 677 (2009).
J. C. Gladstone, T. P. Roberts, and C. Done, Mon. Not. R. Astron. Soc. 397, 1836 (2009).
A. D. Sutton, T. P. Roberts, and M. J. Middleton, Mon. Not. R. Astron. Soc. 435, 1758 (2013).
C. Pinto, M. J. Middleton, and A. C. Fabian, Nature 533, 64 (2016).
P. Kosec, C. Pinto, C. S. Reynolds, M. Guainazzi, E. Kara, D. J. Walton, A. C. Fabian, M. L. Parker, and I. Valtchanov, Mon. Not. R. Astron. Soc. 508, 3569 (2021).
M. Bachetti, F. A. Harrison, D. J. Walton, B. W. Grefenstette, D. Chakrabarty, F. Fürst, D. Barret, A. Beloborodov, S. E. Boggs, F. E. Christensen, et al., Nature 514, 202 (2014).
F. Fürst, D. J. Walton, F. A. Harrison, D. Stern, D. Barret, M. Brightman, A. C. Fabian, B. Grefenstette, K. K. Madsen, M. J. Middleton, et al., Astrophys. J. Lett. 831, L14 (2016).
G. L. Israel, A. Papitto, P. Esposito, L. Stella, L. Zampieri, A. Belfiore, G. A. Rodríguez Castillo, A. De Luca, A. Tiengo, F. Haberl, et al., Mon. Not. R. Astron. Soc.-Lett. 466, L48 (2017).
G. L. Israel, A. Belfiore, L. Stella, P. Esposito, P. Casella, A. De Luca, M. Marelli, A. Papitto, M. Perri, S. Puccetti, et al., Science 355, 817 (2017).
S. Carpano, F. Haberl, C. Maitra, and G. Vasilopoulos, Mon. Not. R. Astron. Soc.-Lett. 476, L45 (2018).
R. Sathyaprakash, T. P. Roberts, D. J. Walton, F. Fuerst, M. Bachetti, C. Pinto, W. N. Alston, H. P. Earnshaw, A. C. Fabian, M. J. Middleton, et al., Mon. Not. R. Astron. Soc.-Lett. 488, L35 (2019).
G. A. Rodríguez Castillo, G. L. Israel, A. Belfiore, F. Bernardini, P. Esposito, F. Pintore, A. De Luca, A. Papitto, L. Stella, A. Tiengo, et al., Astrophys. J. 895, 60 (2020).
M. Bachetti, M. Heida, T. Maccarone, D. Huppenkothen, G. L. Israel, D. Barret, M. Brightman, M. K. Brumback, H. P. Earnshaw, K. Forster, et al., Astrophys. J. 937, 125 (2022).
J. Liu, Astrophys. J. 961, 196 (2024).
F. Pintore, L. Zampieri, L. Stella, A. Wolter, S. Mereghetti, and G. L. Israel, Astrophys. J. 836, 113 (2017).
A. Gúrpide, O. Godet, F. Koliopanos, N. Webb, and J. F. Olive, Astron. Astrophys. 649, A104 (2021).
D. J. Walton, F. Fürst, M. Heida, F. A. Harrison, D. Barret, D. Stern, M. Bachetti, M. Brightman, A. C. Fabian, and M. J. Middleton, Astrophys. J. 856, 128 (2018).
H. Feng, F. Rao, and P. Kaaret, Astrophys. J. 710, L137 (2010).
M. Imbrogno, S. E. Motta, R. Amato, G. L. Israel, G. A. Rodríguez Castillo, M. Brightman, P. Casella, M. Bachetti, F. Fürst, L. Stella, et al., Astron. Astrophys. 689, A284 (2024).
S. Dall’Osso, R. Perna, and L. Stella, Mon. Not. R. Astron. Soc. 449, 2144 (2015).
A. A. Mushtukov, V. F. Suleimanov, S. S. Tsygankov, and J. Poutanen, Mon. Not. R. Astron. Soc. 454, 2539 (2015).
H. Tong, Astron. Nachr. 336, 835 (2015).
A. R. King, Mon. Not. R. Astron. Soc.-Lett. 393, L41 (2009).
A. King, J. P. Lasota, and W. Kluźniak, Mon. Not. R. Astron. Soc.- Lett. 468, L59 (2017).
A. King, and J. P. Lasota, Mon. Not. R. Astron. Soc. 494, 3611 (2020).
M. Brightman, F. A. Harrison, F. Fürst, M. J. Middleton, D. J. Walton, D. Stern, A. C. Fabian, M. Heida, D. Barret, and M. Bachetti, Nat. Astron. 2, 312(2018).
V. Doroshenko, S. N. Zhang, A. Santangelo, L. Ji, S. Tsygankov, A. Mushtukov, L. J. Qu, S. Zhang, M. Y. Ge, Y. P. Chen, et al., Mon. Not. R. Astron. Soc. 491, 1857 (2020).
W. Cui, H. Wang, X. Zhao, J. Zhang, N. Meidinger, Y. Yang, I. Keil, Z. Zhang, J. Huo, J. Wang, et al., Exp. Astron. 55, 603 (2023).
Author information
Authors and Affiliations
Corresponding authors
Ethics declarations
Conflict of interest The authors declare that they have no conflict of interest.
Additional information
This work was supported by the China’s Space Origins Exploration Program and the National Key R&D Program of China (Grant No. 2021YFA0718500). We acknowledge the support by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 12373051, 12273028, 12173103, 12261141691, and 12003009). R. Taverna and R. Turolla acknowledge the support by the Italian MUR (grant PRIN 2022 - 2022LW-PEXW grant, “An X-ray view of compact objects in polarized light”, CUP C53D23001180006). V. Suleimanov thanks the German Research Foundation (DFG) grant WE 1312/59-1 for financial support. A. Mushtukov thanks UKRI Stephen Hawking fellowship. R. Kelly acknowledges the support by UKRI STFC (Grant No. ST/W507891/1). S.-N. Zhang is supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 12333007), the International Partnership Program of Chinese Academy of Sciences (Grant No. 113111KYSB20190020), and the Strategic Priority Research Program of Chinese Academy of Sciences (Grant No. XDA15020100). F. Xie is supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 12373041, and 12422306), and the Bagui Scholars Program (XF). N. Brice is supported by STFC (Grant No. ST/Y001060/1).
Rights and permissions
About this article
Cite this article
Ge, M., Ji, L., Taverna, R. et al. Physics of strong magnetism with eXTP. Sci. China Phys. Mech. Astron. 68, 119505 (2025). https://doi.org/10.1007/s11433-025-2796-y
Received:
Accepted:
Published:
Version of record:
DOI: https://doi.org/10.1007/s11433-025-2796-y