Efekt znany jako „dwójłomność próżniowa” przewidziany był 80 lat temu. Ale astronomowie byli w stanie to potwierdzić jedynie obserwując światło słabej gwiazdy neutronowej.
Według fizyki kwantowej przestrzeń próżniowa nie jest całkowicie pusta - wirtualne cząstki pojawiają się z nieistnienia nawet w pustych pustkach. Mogą wydawać się upiornymi wizjami, ale astronomowie uważają, że są teraz w stanie dostrzec zakłócenia powodowane przez wirtualne cząstki w słabym świetle generowanym przez gęsty bryłek gwiazdy rozkładającej się substancji.
Okazało się, że jest to gwiazda neutronowa RX J1856.5-3754, położona około 400 lat świetlnych od naszej planety. Naukowcy, używając ESO Very Large Telescope (VLT) na pustyni Atacama w Chile, odkryli efekt kwantowy, przewidziany po raz pierwszy w 1930 roku. Nazywa się to „dwójłomnością próżniową”, a dowód jego obecności może w znacznym stopniu wpłynąć na nasze zrozumienie funkcjonowania całego Wszechświata.
Wydaje się dziwne, że możemy zmierzyć efekty kwantowe w pobliżu powierzchni gwiazdy neutronowej w odległości setek lat świetlnych, ale musimy zbadać najbardziej ekstremalne naturalne „laboratoria” kosmosu, aby zrozumieć drobne zjawiska fizyczne, które mają ogromny wpływ na dane astronomiczne. W przypadku RX J1856.5-3754 uważa się, że jego potężne pole magnetyczne manipuluje cząstkami wirtualnymi i wyciąga je z próżni, tworząc efekt przypominający pryzmat w słabym świetle generowanym przez gwiazdę neutronową. Zjawisko wirtualnych cząstek leży w wielu ciekawych teoriach astrofizycznych. W szczególności jest to mechanizm promieniowania Hawkinga, teoria przedstawiona przez fizyka w latach 70. XX wieku, sugerująca, że czarne dziury są zdolne do odparowania. Czy tak jest i czy wirtualne cząstki odgrywają pewną rolę, pozostają przedmiotem gorącej debaty. W jaki sposób te upiorne zjawiska kwantowe oddziałujące z polami magnetycznymi mogą mieć jakiekolwiek zauważalne efekty?
W fizyce klasycznej, jeśli światło przechodzi przez próżnię, pozostaje niezmienione. Jeśli jednak dowody są prawidłowe, a cząstki są obecne w próżni bezpośrednio wokół gwiazdy neutronowej, pole magnetyczne zacznie oddziaływać z nimi w celu manipulowania światłem, gdy przechodzi przez nie. Efekt ten jest przewidziany przez „elektrodynamikę kwantową” - „KVED”.
Okazuje się, że VLT wykrył dziwną polaryzację światła wychodzącego z gwiazdy neutronowej, co sugeruje, że w grę wchodzi dwójłomność próżniowa.
„Według CEA namagnesowana próżnia zachowuje się jak pryzmat propagacji światła. Efekt ten nazywany jest dwójłomnością próżniową ”- powiedział główny badacz Roberto Mignani z INAF Milan we Włoszech i University of Zelena Góra w Polsce.
„Ten efekt można zauważyć tylko w obecności niewiarygodnie silnych pól magnetycznych, takich jak otaczające gwiazdy neutronowe” - dodał Roberto Turolla z Uniwersytetu w Padwie, Włochy. „Po raz kolejny pokazuje to, że gwiazdy neutronowe są nieocenionymi laboratoriami do badania podstawowych praw fizycznych”. Gwiazdy neutronowe są pozostałością gwiazd o dziesiątej masie Słońca. Gdy skończy im się paliwo wodorowe, wybuchnie jak supernowa. Pozostaje tylko mała i bardzo gęsta sfera neutronów. Co ciekawe, gwiazdy neutronowe zachowują moment pędu i magnetyzm swoich gwiazd macierzystych, tylko w bardziej ekstremalnych skalach.
Pulsary to szybko obracające się gwiazdy neutronowe, uważane za najdokładniejszy „zegar” Wszechświata, migający ze stałą prędkością. Czynniki te sprawiają, że gwiazdy neutronowe są idealnym miejscem do pomiaru skutków ogólnej teorii względności i silnego pola magnetycznego.
A teraz z ich pomocą astronomowie chcą ujawnić dowody na efekt kwantowy, który teoretyzowali ponad 80 lat temu. Ale to dopiero początek.
„Pomiary polaryzacji za pomocą teleskopu nowej generacji (takiego jak niesamowicie duży teleskop ESO) mogą odegrać kluczową rolę w testowaniu przewidywania QVED dwójłomności próżniowej”, powiedział Mignani.
