Эффект, известный как «вакуумное двупреломление», был предсказан еще 80 лет назад. Но астрономам удалось подтвердить его только при наблюдениях за светом слабой нейтронной звезды.
Согласно квантовой физике, вакуумное пространство не абсолютно пустое – виртуальные частицы появляются из небытия даже в пустейших пустотах. Они могут казаться призрачными видениями, но астрономы думают, что сейчас им удалось заметить помехи, вызванные виртуальными частичками в тусклом свете, порожденном плотным звездным самородком разлагающегося вещества.
Ним оказалась нейтронная звезда RX J1856.5-3754, находящаяся примерно в 400 световых годах от нашей планеты. Исследователи, использовав Очень Большой Телескоп (VLT) ESO в пустыне Атакама, Чили, обнаружили квантовый эффект, впервые предсказанный в 1930 году. Его называют «вакуумным двупреломлением», и доказательства его присутствия могут сильно повлиять на наше понимание функционирования всей Вселенной.
Покажется странным, что мы можем измерить квантовые эффекты вблизи поверхности нейтронной звезды, удаленной на сотни световых лет, но нам нужно изучать самые экстремальные природные «лаборатории» глубокого космоса, чтобы разобраться в крошечных физических явлениях, оказывающих огромное воздействие на астрономические данные. И в случае с RX J1856.5-3754 ее мощное магнитное поле, как полагают, манипулирует виртуальными частицами и вырывает их из вакуума для создания призмообразного эффекта на слабом свете, порожденным нейтронной звездой.
Явление виртуальных частиц лежит во многих любопытных астрофизических теорий. В частности, это механизм от радиации Хокинг – теория, выдвинутая физиком в 1970-е годы, говорящая о том, что черные дыры способны испаряться. Так ли это и играют ли виртуальные частицы определенную роль, остается предметом жарких споров. Как эти призрачные квантовые явления, взаимодействующие с магнитными полями, могут иметь наблюдаемые эффекты?
В классической физике, если свет проходит через вакуум, то остается неизменным. Однако, если доказательства верны и частицы присутствуют в вакууме непосредственно вокруг нейтронной звезды, магнитное поле начнет взаимодействовать с ними, чтобы манипулировать светом, когда он проходит через них. Этот эффект предсказан «квантовой электродинамикой» – «КВЭД».
Получается, VLT обнаружил странную поляризацию света, выходящего из нейтронной звезды, предполагая, что в игру вступило вакуумное двупреломление.
«Согласно КВЭД, намагниченный вакуум ведет себя как призма распространения света. Этот эффект называют вакуумным двупреломлением», – сказал ведущий исследователь Роберто Мигнани из INAF Милана в Италии и Университета Зелена-Гура в Польше.
«Этот эффект можно заметить только при наличии невероятно сильных магнитных полей, вроде тех, что окружают нейтронные звезды», – добавил Роберто Туролла из Университета Падуи, Италия. – «Это еще раз показывает, что нейтронные звезды – бесценные лаборатории по изучению фундаментальных физических законов».
Нейтронные звезды – остатки звезд с десятой массой нашего Солнца. Когда у них заканчивается водородное топливо, происходит взрыв как у сверхновой. Остается лишь крошечная и очень плотная сфера из нейтронов (в основном). Интересно, что нейтронные звезды сохраняют угловой момент и магнетизм своих родительских звезд, только в более экстремальных масштабах.
Пульсары – быстро вращающиеся нейтронные звезды, считающиеся наиболее точными «часами» Вселенной, мигающие при постоянной скорости. Эти факторы делают нейтронные звезды идеальными местами для измерения эффектов общей теории относительности и сильного магнитного поля.
А теперь с их помощью астрономы хотят раскрыть доказательства квантового эффекта, о котором теоретизировали более 80 лет назад. Но это лишь начало.
«Поляризационные измерения телескопом следующего поколения (вроде Невероятно Большого Телескопа ESO) может сыграть решающую роль в тестировании КВЭД-предсказания вакуумного двупреломления», – сказал Мигнани.