Астрономы, работающие с космической рентгеновской обсерваторией NASA IXPE, получили, возможно, первое прямое подтверждение эффекта вакуумного двулучепреломления — квантового явления, существование которого было предсказано почти 90 лет назад. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.

Наблюдения за магнетаром указали на необычное поведение вакуума

Исследование было основано на более чем 140 часах наблюдений за магнетаром 1E 1547-5408, проведенных в марте–апреле 2025 года с помощью космических обсерваторий IXPE и NICER, а также австралийского радиотелескопа Murriyang (Parkes). Это стало первым в истории скоординированным измерением поляризации радио- и рентгеновского излучения магнетара.

Магнетары представляют собой особый тип нейтронных звезд с магнитными полями, которые более чем в триллион раз превосходят магнитное поле Земли. Нейтронные звезды, в свою очередь, являются сверхплотными остатками массивных звезд после их гибели и считаются естественными лабораториями для изучения экстремальной физики.

Объект 1E 1547-5408 совершает полный оборот примерно за две секунды и одновременно испускает мощное радио- и рентгеновское излучение. Анализ показал, что степень поляризации его рентгеновского излучения почти втрое превышает показатели, наблюдавшиеся у аналогичных объектов. Существующие модели строения поверхности магнетара не способны объяснить столь высокий уровень поляризации, что, по мнению исследователей, указывает на действие дополнительного физического механизма.

Теория 1936 года получила возможное подтверждение

Ученые считают наиболее вероятным объяснением эффект вакуумного двулучепреломления, предсказанный квантовой электродинамикой еще в 1936 году.

Согласно этой теории, чрезвычайно сильные магнитные поля способны изменять свойства самого вакуума. В таких условиях пустое пространство начинает вести себя подобно линзе или призме, по-разному воздействуя на свет в зависимости от направления его распространения и тем самым усиливая его поляризацию.

Компьютерное моделирование показало, что именно наличие этого эффекта позволяет одновременно объяснить наблюдаемую рентгеновскую поляризацию и согласовать результаты с радионаблюдениями.

По словам одного из руководителей исследования Хоа Динь Тхи из Университета Райса, полученные данные демонстрируют, что нейтронные звезды позволяют проверять фундаментальные физические теории в условиях, которые невозможно воспроизвести в земных лабораториях.

Авторы работы отмечают, что нынешние результаты являются самым убедительным свидетельством существования вакуумного двулучепреломления и, возможно, первым случаем его прямого наблюдения. Они рассчитывают подтвердить выводы с помощью дальнейших наблюдений IXPE за этим и другими магнетарами, что также может привести к обнаружению новых квантовых эффектов в экстремальных условиях космоса.