Группа под руководством Роберто Миньяни из INAF в Милане (Италия) и из Университета Зелена-Гора (Польша) использовала Очень Большой Телескоп ESO (VLT) в Обсерватории Паранал в Чили для наблюдения нейтронной звезды RX J1856.5-3754, примерно 400 световых лет от Земли [1].Несмотря на то, что она находится среди ближайших нейтронных звезд, ее чрезвычайная тусклость означала, что астрономы могли наблюдать звезду только в видимом свете с помощью инструмента FORS2 на VLT, что было ограничено современной технологией телескопов.Нейтронные звезды — это очень плотные остатки ядер массивных звезд — по крайней мере в 10 раз массивнее нашего Солнца — которые взорвались как сверхновые в конце своей жизни.
У них также есть экстремальные магнитные поля, в миллиарды раз сильнее, чем у Солнца, которые пронизывают их внешнюю поверхность и окружающую среду.Эти поля настолько сильны, что влияют даже на свойства пустого пространства вокруг звезды.
Обычно вакуум считается полностью пустым, и свет может проходить через него, не меняясь. Но в квантовой электродинамике (КЭД), квантовой теории, описывающей взаимодействие между фотонами и заряженными частицами, такими как электроны, пространство полно виртуальных частиц, которые постоянно появляются и исчезают. Очень сильные магнитные поля могут изменить это пространство так, что оно повлияет на поляризацию проходящего через него света.
Миньяни объясняет: «Согласно КЭД, сильно намагниченный вакуум ведет себя как призма для распространения света — эффект, известный как двойное лучепреломление вакуума».Однако среди многих предсказаний КЭД до сих пор отсутствовала прямая экспериментальная демонстрация вакуумного двойного лучепреломления. Попытки обнаружить его в лаборатории пока не увенчались успехом за те 80 лет, которые были предсказаны в статье Вернера Гейзенберга (известного принципа неопределенности) и Ганса Генриха Эйлера.
«Этот эффект может быть обнаружен только в присутствии чрезвычайно сильных магнитных полей, таких как поля вокруг нейтронных звезд. Это еще раз показывает, что нейтронные звезды являются бесценными лабораториями для изучения фундаментальных законов природы». говорит Роберто Туролла (Университет Падуи, Италия).После тщательного анализа данных VLT Миньяни и его команда обнаружили линейную поляризацию со значительной степенью около 16%, что, по их словам, вероятно, связано с усиливающим эффектом вакуумного двойного лучепреломления, возникающего в области пустого пространства вокруг RX J1856. .5-3754 [2].
Винченцо Теста (INAF, Рим, Италия) комментирует: «Это самый слабый объект, поляризация которого когда-либо измерялась. Для этого потребовался один из самых больших и эффективных телескопов в мире, VLT, и точные методы анализа данных для улучшения сигнал от такой слабой звезды ".«Высокая линейная поляризация, которую мы измерили с помощью VLT, не может быть легко объяснена нашими моделями, если не включены эффекты двойного лучепреломления в вакууме, предсказанные QED», — добавляет Миньяни.«Это исследование VLT является самым первым наблюдательным подтверждением предсказаний такого рода эффектов QED, возникающих в чрезвычайно сильных магнитных полях», — отмечает Сильвия Зейн (UCL / MSSL, Великобритания).Миньяни воодушевлен дальнейшими улучшениями в этой области исследований, которые могут произойти с более совершенными телескопами: «Измерения поляризации с помощью телескопов следующего поколения, таких как Европейский чрезвычайно большой телескоп ESO, могут сыграть решающую роль в проверке предсказаний QED о двойном лучепреломлении в вакууме. эффекты вокруг многих других нейтронных звезд ».«Это измерение, выполненное впервые в видимом свете, также открывает путь к аналогичным измерениям, которые будут проводиться на длинах волн рентгеновского излучения», — добавляет Кинва Ву (UCL / MSSL, UK).
Примечания[1] Этот объект является частью группы нейтронных звезд, известной как Великолепная семерка. Они известны как изолированные нейтронные звезды (ИНС), у которых нет звездных спутников, они не излучают радиоволны (как пульсары) и не окружены материалом сверхновых-прародителей.
[2] Есть и другие процессы, которые могут поляризовать звездный свет при его перемещении в космосе. Команда тщательно изучила другие возможности — например, поляризацию, создаваемую рассеянием пылинок, — но считает маловероятным, что они производили наблюдаемый сигнал поляризации.