Магнітар показав, що «порожній» космічний простір змінює світло

18 серпня 2026 р. 20:30

18 серпня 2026 р. 20:30

Астрономи повідомили про одне з найпереконливіших на сьогодні свідчень того, що навіть на перший погляд порожній космічний простір впливає на поширення світла. Спостереження за магнітаром 1E 1547.0-5408 можуть стати першим прямим підтвердженням так званого двопроменезаломлення вакууму — квантового ефекту, передбаченого Вернером Гайзенбергом майже 90 років тому. Про результати розповідає ScienceDaily .

Квантовий вакуум, що не є порожнім

Ще в 1930-х роках Вернер Гайзенберг припустив, що ідеальний вакуум насправді не порожній. Згідно з квантовою електродинамікою (QED), простір має бути заповнений так званими віртуальними частинками, які на мить «спалахують» з небуття і зникають.

Теорія передбачає, що в надзвичайно сильному магнітному полі ця «піна» з віртуальних частинок починає впливати на світло, змінюючи спосіб його поширення. У такому разі вакуум поводиться подібно до кристалу, який по-різному заломлює світло з різною поляризацією, — це явище й називають двопроменезаломленням вакууму.

Однак для надійного виявлення цього ефекту потрібні магнітні поля, у сотні мільйонів разів сильніші за все, що людство здатне створити в лабораторії. Саме тому вчені звернулися до природних «лабораторій» — магнітарів.

Магнітар як космічний експеримент

Магнітари — це рідкісний різновид нейтронних зір із найпотужнішими відомими магнітними полями у Всесвіті. Команда, до якої входив Маркус Лоуер (Marcus Lower) зі Свінбернського технологічного університету, досліджувала магнітар 1E 1547.0-5408 (скорочено 1E1547).

Для спостережень використали орбітальну місію NASA Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE), що вимірює поляризацію рентгенівського випромінювання. Дані IXPE доповнили спостереження рентгенівського телескопа NICER на борту Міжнародної космічної станції та радіотелескопа Murriyang (радіотелескоп Паркс), яким керує наукове агентство Австралії CSIRO.

Радіоспостереження, зібрані Лоуером за допомогою Murriyang і проаналізовані на суперкомп’ютері Ngarrgu Tindebeek Свінбернського університету, дали змогу детально простежити поляризацію радіохвиль від магнітара та зіставити її з рентгенівськими даними.

Ідеальна геометрія та надзвичайна поляризація

Спершу дослідники виміряли, як змінюється напрямок поляризації радіохвиль від 1E1547 у міру обертання зорі. З цих даних вони з’ясували, що магнітна вісь магнітара майже збігається з віссю його обертання, а сам об’єкт ми бачимо майже «зверху», з боку полюса.

Така геометрія виявилася надзвичайно сприятливою для пошуку слідів двопроменезаломлення вакууму поблизу магнітара. Вона дає змогу простежити, як поляризація випромінювання «прив’язана» до магнітного поля зорі.

Ключовою підказкою стали рентгенівські дані IXPE. Вони показали дуже високий ступінь поляризації рентгенівського випромінювання, причому напрямок цієї поляризації залишався узгодженим із конфігурацією магнітного поля, яку вчені визначили за радіоспостереженнями.

За словами Лоуера, у настільки сильному магнітному полі віртуальні частинки, передбачені Гайзенбергом, мають вирівнюватися вздовж напрямку поля. Обережне відстеження того, як коливаються радіохвилі та рентгенівське випромінювання під час обертання магнітара, показало, що поєднання сили поля та геометрії 1E1547 є майже ідеальним для виявлення ефекту двопроменезаломлення вакууму.

Крок до перевірки квантових теорій у екстремальних умовах

Попри те, що двопроменезаломлення вакууму передбачили ще в 1930-х роках, досі не було однозначного експериментального підтвердження цього явища. Нові спостереження магнітара дають, за словами авторів, найпереконливіший сигнал такого роду на сьогодні, але остаточний вердикт ще попереду.

Щоб упевнитися, що зафіксований ефект справді зумовлений квантовими властивостями вакууму, а не іншими процесами в околі магнітара, потрібні додаткові спостереження та більш детальне моделювання. Розширені комп’ютерні симуляції мають допомогти відокремити очікуваний квантовий «підпис» від інших фізичних механізмів.

Якщо інтерпретація підтвердиться, це відкриє новий спосіб перевіряти теорії квантової електродинаміки в умовах, які неможливо відтворити на Землі. Магнітари тоді стануть унікальними природними лабораторіями для вивчення поведінки світла та матерії в екстремальних магнітних полях.

Робота, що описує результати, вийшла в журналі Nature під назвою «Vacuum birefringence and the polarized X-ray emission from a radio magnetar».

Наука