Un télescope de la NASA confirme une théorie quantique vieille de 90 ans

Une équipe internationale d'astronomes a rapporté ce qui pourrait être la première preuve astrophysique directe de la biréfringence du vide, une prédiction de la physique quantique vieille de près de 90 ans selon laquelle des champs magnétiques extrêmes peuvent modifier la façon dont la lumière voyage à travers un espace apparemment vide. Les résultats, publiés mercredi dans Nature, s'appuient sur plus de 140 heures d'observations d'une étoile à neutrons ultra-magnétique rare appelée magnétar.nature+1

Un laboratoire cosmique

Le magnétar 1E 1547-5408, situé à plus de 13 000 années-lumière de la Terre et effectuant une rotation toutes les deux secondes, a servi de laboratoire naturel à l'équipe. Les scientifiques ont coordonné le satellite IXPE (Imaging X-ray Polarimetry Explorer) de la NASA avec le télescope NICER de la NASA et Murriyang, le radiotélescope Parkes du CSIRO dans la Nouvelle-Galles du Sud rurale, détenu et exploité par l'agence scientifique nationale australienne. Il s'agissait de la toute première mesure coordonnée de la polarisation radio et rayons X d'un magnétar.lsu+1

Les observations ont révélé une polarisation des rayons X près de trois fois supérieure à celle observée dans des sources similaires, dépassant largement ce que les modèles standard d'émission de surface pouvaient expliquer. Compte tenu de la géométrie des champs magnétiques du magnétar, le signal de polarisation aurait dû être proche de zéro à certains points de la rotation de l'étoile.science.nasa

Tester une théorie vieille de 90 ans

La biréfringence du vide, proposée pour la première fois en 1936 dans le cadre de l'électrodynamique quantique, prédit que le vide quantique, rempli de paires particule-antiparticule qui clignotent constamment, est déformé par des champs magnétiques extrêmes, faisant agir l'espace vide comme un filtre polarisé. Les magnétars, dont les champs sont environ mille milliards de fois plus puissants que les aimants permanents les plus puissants sur Terre, offrent le seul environnement connu où cet effet pourrait se manifester.lsu+1

Les simulations effectuées par l'équipe soutiennent la biréfringence du vide comme cause du signal étonnamment fort. "Notre modèle suggère que la reproduction des signatures de polarisation des rayons X observées, tout en satisfaisant aux contraintes fixées par les observations radio, nécessite la présence de la biréfringence du vide dans l'environnement de l'étoile à neutrons", a déclaré Hoa Dinh Thi, associée postdoctorale à l'Université Rice et co-auteure principale.science.nasa

"Le tissu de la réalité"

L'auteure principale, Rachael Stewart, doctorante à l'Université George Washington, a déclaré que cette découverte illustre comment l'astrophysique peut sonder la physique fondamentale. "Les informations que nous avons obtenues en observant ce noyau d'étoile lointain nous donnent également des indices sur la nature du tissu de la réalité tel que nous le connaissons, et je trouve cela incroyable", a déclaré Stewart.science.nasa

L'astrophysicienne de la LSU, Michela Negro, un autre membre de l'équipe, a décrit l'approche : "Nous n'étudions plus seulement des objets astronomiques ; nous les utilisons pour tester les lois de la nature."lsu

D'autres observations IXPE de ce magnétar et d'autres sont prévues pour confirmer le signal et potentiellement révéler des effets quantiques exotiques supplémentaires.science.nasa