Исследуя излучение необычно плотной и обладающей очень сильным магнитным полем нейтронной звезды на Очень Большом Телескопе Европейской Южной обсерватории (ESO), астрономы, возможно, обнаружили первое наблюдательное подтверждение необычного квантового эффекта, впервые предсказанного в 1930-х годах. Наблюдаемая поляризация света говорит о том, что вакуум – пустое пространство вокруг нейтронной звезды – подвержен квантовому эффекту двойного лучепреломления. Об этом сообщается в пресс-релизе ESO.
Группа исследователей из INAF (Милан) и университета города Зелена Гура (Польша) под руководством Роберто Миньяни (Roberto Mignani) использовала Очень Большой Телескоп ESO (VLT) в обсерватории Параналь в Чили для наблюдений нейтронной звезды RX J1856.5-3754, находящейся на расстоянии около 400 световых лет от Земли. Она входит в группу нейтронных звезд, известную под названием Великолепной Семерки. Это изолированные нейтронные звезды (INS), не имеющие звездного компаньона, не излучающие, в отличие от пульсаров, радиоволн и не окруженные веществом, оставшимся после взрыва породивших их сверхновых.
Хотя это одна из ближайших к нам нейтронных звезд, она крайне слабая и для ее наблюдений в видимых лучах понадобилась вся мощь установленного на VLT приемника FORS2, на пределе современной оптической техники.
Поляризация света нейтронной звезды. Илл.: ESO
Нейтронные звезды представляют собой сверхплотные ядра массивных – по меньшей мере в десять раз превосходящих Солнце – звезд, которые в конце своей эволюции взорвались в виде сверхновых. У этих объектов также очень сильные магнитные поля, в миллиарды раз сильнее, чем у Солнца, которые пронизывают поверхностные слои этих звезд и окружающее их пространство. Эти поля так сильны, что они влияют даже на свойства пустоты – вакуума – вокруг нейтронных звезд. В нормальном состоянии вакуум ничем не проявляет себя, свет распространяется через него без изменений. Но согласно квантовой электродинамике – теории, описывающей взаимодействие между фотонами и заряженными частицами, такими, как электроны – вакуум заполнен постоянно возникающими и исчезающими виртуальными частицами. Очень сильные магнитные поля могут модифицировать свойства пространства и поляризовать проходящий сквозь него свет.
Миньяни объясняет: «В рамках квантовой электродинамики сильно намагниченный вакуум по отношению к проходящему сквозь него свету ведет себя как призма. Этот эффект и называется двойным лучепреломлением в вакууме». Однако, до сих пор, в отличие от многих других предсказаний квантовой электродинамики, двойное лучепреломление в вакууме не получало прямого экспериментального подтверждения. В течение 80 лет после того, как это явление было предсказано в статье Вернера Гейзенберга (Werner Heisenberg) и Ганса Генриха Эйлера (Hans Heinrich Euler), все попытки зарегистрировать его в лаборатории проваливались.
«Этот эффект можно зарегистрировать только в присутствии исключительно сильного магнитного поля, как раз такого, которое существует вокруг нейтронных звезд. Так мы еще раз убеждаемся, что нейтронные звезды представляют собой уникальные естественные лаборатории для исследования фундаментальных законов природы», – говорит Роберто Туролла (Roberto Turolla), сотрудник Падуанского университета.
Тщательно проанализировав данные, полученные на VLT, Миньяни и его группа обнаружили значительную – на уровне примерно 16% – линейную поляризацию, которую они интерпретировали как следствие эффекта вакуумного двойного лучепреломления в пространстве, окружающем RX J1856.5-3754.
Результаты исследования представлены в статье, которая публикуется в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
