Учёные получили самые убедительные на сегодняшний день свидетельства того, что экстремально сильные магнитные поля способны менять свойства вакуума. Кажущееся пустым пространство начинает вести себя подобно призме и изменяет прохождение света. Исследование опубликовано 5 августа в журнале Nature.

Идея 90-летней давности

Как рассказывает Space.com, ещё в 1936 году Вернер Гейзенберг и его ученик Ганс Эйлер предположили, что пространство никогда не бывает абсолютно пустым. Согласно квантовой механике, в нём постоянно возникают и исчезают «виртуальные» частицы — электроны и позитроны. В обычных условиях этот «кипящий» фон незаметен. Однако сверхсильное магнитное поле может повлиять на то, как свет распространяется через вакуум, вызывая эффект, известный как вакуумное двулучепреломление.

«Обнаружение вакуумного двулучепреломления требует магнитного поля более чем в 100 миллионов раз сильнее любого, что мы когда-либо создавали на Земле. К счастью, природа предоставила нам магнетары — идеальные космические лаборатории для поиска этого эффекта», — отметил соавтор работы Маркус Лоуэр из Университета Суинберна.

Что показали наблюдения

Магнетары — плотные остатки взорвавшихся массивных звёзд размером с город — обладают самыми мощными магнитными полями во Вселенной. Команда под руководством аспирантки Джорджтаунского университета Рэйчел Стюарт нацелила рентгеновский поляриметр IXPE на магнетар 1E 1547-5408. Данные дополнили наблюдениями с Международной космической станции и радиотелескопов.

Два ключевых результата указали именно на вакуумное двулучепреломление. Во-первых, рентгеновское излучение оказалось почти втрое сильнее поляризованным, чем предсказывают стандартные модели излучения с поверхности нейтронной звезды. Во-вторых, направление поляризации совпало с ориентацией магнитного поля звезды — точно так же, как и в радиодиапазоне. По мнению исследователей, это сочетание лучше всего объясняется именно эффектом в вакууме.

«Это даже своего рода облегчение: значит, наши теории всё ещё работают, и с физикой ничего не сломано», — прокомментировал Лоуэр.

Почему это важно

«Мы больше не просто изучаем астрономические объекты — мы используем их для проверки законов природы», — подчеркнула соавтор работы Микела Негро из Университета штата Луизиана.

Наблюдения дают редкую возможность проверить предсказания квантовой механики в условиях, которые невозможно воспроизвести в земных лабораториях. В будущем учёные рассчитывают подтвердить результат с помощью новых миссий и более точных компьютерных моделей.

«С этими будущими данными и обновлёнными симуляциями мы, возможно, наконец сможем завершить поиск, начатый Гейзенбергом почти 90 лет назад», — сказал Лоуэр.

Вкратце

Наблюдения магнетара 1E 1547-5408 с помощью IXPE дали самые сильные на сегодня свидетельства вакуумного двулучепреломления — эффекта, предсказанного Гейзенбергом и Эйлером в 1936 году. Экстремальное магнитное поле звезды, по-видимому, меняет свойства «пустого» пространства, влияя на поляризацию света. Результат подтверждает, что вакуум не является абсолютно пустым, и открывает путь к дальнейшим проверкам фундаментальной физики. Работа опубликована в журнале Nature.