Магнетар міг показати, що навіть порожній простір змінює світло.
Астрономи отримали одні з найпереконливіших свідчень того, що навіть вакуум може впливати на поведінку світла. Йдеться про явище, відоме як вакуумне подвійне променезаломлення — ефект, передбачений ще майже 90 років тому одним із засновників квантової механіки Вернером Гейзенбергом. Стаття під назвою «Вакуумне двопроменезаломлення та поляризоване рентгенівське випромінювання радіомагнетара» була опублікована в журналі Nature.
Для пошуку цього явища вчені звернулися до магнетара — надзвичайно щільної нейтронної зорі з найпотужнішими магнітними полями у Всесвіті.
Квантовий вакуум не зовсім порожній
У класичній фізиці вакуум здається абсолютною порожнечею. Квантова механіка описує його інакше: навіть у просторі без звичайної матерії можуть виникати короткоживучі «віртуальні» частинки.
За теоретичними розрахунками, надзвичайно сильне магнітне поле здатне змінювати поведінку цих квантових флуктуацій. У результаті вакуум починає впливати на проходження світла, змінюючи його поляризацію.
На Землі створити поле достатньої сили практично неможливо. За оцінками дослідників, для спостереження ефекту потрібне магнітне поле більш ніж у 100 мільйонів разів сильніше за найпотужніші поля, доступні людству.
Магнетари, навпаки, створюють саме такі екстремальні умови.
Космічна лабораторія на відстані тисяч світлових років
Міжнародна команда досліджувала магнетар 1E 1547.0-5408 за допомогою рентгенівського телескопа NASA IXPE. Додаткові спостереження виконувалися за допомогою телескопа NICER на борту Міжнародної космічної станції та радіотелескопа Murriyang у Паркузі, Австралія.
Особливу увагу приділили поляризації випромінювання. Під час обертання магнетара напрямок поляризації його радіохвиль змінюється, що дозволяє відстежувати орієнтацію магнітного поля.
Геометрія саме цього магнетара виявилася надзвичайно сприятливою для такого дослідження: його магнітна й обертальна осі майже збігаються, а зорю ми бачимо майже з боку її полюса.
Важлива підказка прийшла від рентгенівського випромінювання
Спостереження показали дуже високий рівень поляризації рентгенівських променів. Крім того, напрямок цієї поляризації виявився пов’язаним із магнітним полем магнетара так, як передбачають моделі вакуумного подвійного променезаломлення.
Це особливо цікаво, оскільки ефект Гейзенберга досі не вдалося однозначно підтвердити в експерименті.
Втім, учені поки що не називають результат остаточним відкриттям. Навколо магнетарів відбуваються надзвичайно складні фізичні процеси, тому дослідникам потрібно виключити інші можливі пояснення спостережуваного сигналу.
Для цього команда планує отримати нові дані та провести детальніші комп’ютерні симуляції.
Якщо майбутні спостереження підтвердять нинішню інтерпретацію, астрономи вперше отримають пряме свідчення того, що квантовий вакуум може змінювати властивості світла. Це стане не лише важливим підтвердженням давнього передбачення, а й новим способом досліджувати квантову фізику в умовах, які неможливо відтворити на Землі.