NASA-teleskop bekräftar 90 år gammal kvantteori

Ett internationellt team av astronomer har rapporterat vad som kan vara det första direkta astrofysiska beviset på vakuumdubbelbrytning, en nästan 90 år gammal kvantfysisk förutsägelse om att extrema magnetfält kan förändra hur ljus färdas genom till synes tomt rum. Resultaten, som publicerades på onsdagen i Nature, bygger på över 140 timmars observationer av en sällsynt, ultramagnetisk neutronstjärna känd som en magnetar.nature+1

Ett kosmiskt laboratorium

Magnetaren 1E 1547-5408, belägen mer än 13 000 ljusår från jorden och roterande en gång varannan sekund, fungerade som teamets naturliga laboratorium. Forskare koordinerade NASAs IXPE (Imaging X-ray Polarimetry Explorer)-satellit med NASAs NICER-teleskop och Murriyang, CSIROs Parkes-radioteleskop i New South Wales, som ägs och drivs av Australiens nationella vetenskapsmyndighet. Det var den första koordinerade radio- och röntgenpolariseringsmätningen av en magnetar någonsin.lsu+1

Observationerna avslöjade en röntgenpolarisering som var nästan tre gånger starkare än vad som setts hos liknande källor, vilket vida överstiger vad standardmodeller för ytemission kan förklara. Med tanke på geometrin i magnetarens magnetfält borde polariseringssignalen ha varit nära noll vid vissa punkter i stjärnans rotation.science.nasa

Testar en 90 år gammal teori

Vakuumdubbelbrytning föreslogs först 1936 inom ramen för kvantelektrodynamik. Teorin förutsäger att kvantvakuumet, som är fyllt av ständigt flimrande partikel-antipartikel-par, förvrängs av extrema magnetfält, vilket får det tomma rummet att fungera som ett polariseringsfilter. Magnetarer, med fält som är omkring en biljon gånger starkare än de kraftigaste permanentmagneterna på jorden, erbjuder den enda kända miljön där denna effekt kan manifesteras.lsu+1

Simuleringar utförda av teamet stödjer vakuumdubbelbrytning som orsaken till den oväntat starka signalen. "Vår modell antyder att för att återskapa de observerade röntgenpolariseringssignaturerna, samtidigt som vi uppfyller de begränsningar som radioobservationer satt, krävs närvaron av vakuumdubbelbrytning i neutronstjärnans miljö", säger Hoa Dinh Thi, postdoktor vid Rice University och medförfattare till studien.science.nasa

"Verklighetens väv"

Huvudförfattaren Rachael Stewart, doktorand vid George Washington University, säger att upptäckten illustrerar hur astrofysik kan utforska grundläggande fysik. "Informationen vi fick genom att titta på denna avlägsna stjärnkärna ger oss också ledtrådar om själva verklighetens natur, och det tycker jag är otroligt", säger Stewart.science.nasa

Astrofysikern Michela Negro vid LSU, en annan medlem i teamet, beskrev tillvägagångssättet: "Vi studerar inte längre bara astronomiska objekt, vi använder dem för att testa naturlagarna."lsu

Fler IXPE-observationer av denna och andra magnetarer planeras för att bekräfta signalen och potentiellt avslöja ytterligare exotiska kvanteffekter.science.nasa