Космічна обсерваторія NASA IXPE отримала найпереконливіші на сьогодні спостережні свідчення ефекту, який квантова електродинаміка передбачила ще у 1936 році. Йдеться про вакуумне подвійне променезаломлення — явище, за якого надзвичайно сильне магнітне поле змінює властивості порожнього простору та впливає на поляризацію світла.
Дослідники вивчали магнетар 1E 1547-5408 — надщільний залишок масивної зорі з магнітним полем, у багато порядків сильнішим за все, що можна створити в лабораторіях на Землі.
Магнетар став природною лабораторією екстремальної фізики
Магнетари є різновидом нейтронних зір. Вони містять більше маси, ніж Сонце, але стиснуті до розмірів міста. Їхні магнітні поля настільки сильні, що звичайні наближення фізики перестають бути достатніми для опису поведінки випромінювання поблизу поверхні.
1E 1547-5408 здійснює один оберт приблизно за дві секунди та регулярно випромінює як рентгенівські хвилі, так і радіосигнали. Саме ця комбінація дала змогу одночасно досліджувати геометрію магнітного поля різними способами.
IXPE спостерігав об’єкт понад 140 годин
Між березнем і квітнем 2025 року IXPE провів понад 140 годин спостережень магнетара. Кампанію доповнили дані рентгенівського інструмента NICER та австралійського радіотелескопа Murriyang у Парксі.
Це стало першим координованим вимірюванням магнетара одночасно в радіодіапазоні та за поляризацією рентгенівського випромінювання. Саме зіставлення цих двох наборів даних дозволило дослідникам жорсткіше перевірити геометричні моделі.
Поляризація виявилася несподівано високою
У певних фазах обертання ступінь поляризації рентгенівського випромінювання досягав близько 80%. Це майже утричі вище за те, що спостерігається у подібних джерелах, і значно більше, ніж можна пояснити стандартними моделями випромінювання поверхні нейтронної зорі.
За звичайної геометрії магнітного поля поляризація в окремі моменти мала б наближатися до нуля. Однак IXPE побачив сильний, плавний і впорядкований сигнал упродовж усього обертання.
Вакуум може поводитися подібно до оптичного середовища
Квантова електродинаміка передбачає, що в екстремальному магнітному полі навіть вакуум уже не є абсолютно «порожнім» у класичному сенсі. Квантові флуктуації змінюють те, як через нього поширюються фотони з різною поляризацією.
У результаті простір може діяти подібно до кристала або призми, по-різному впливаючи на різні компоненти світла. Саме такий механізм здатен посилити поляризацію до рівнів, які зафіксував IXPE.
NASA обережно говорить про можливе перше пряме спостереження
Дослідники не оголошують питання остаточно закритим. Комп’ютерні моделі показують, що без вакуумного подвійного променезаломлення відтворити одночасно рентгенівські та радіоспостереження надзвичайно складно, але для остаточного підтвердження потрібні нові вимірювання.
NASA називає результат найсильнішою підтримкою 90-річного передбачення і потенційно першим прямим спостереженням ефекту. Наступні кампанії IXPE на цьому та інших магнетарах мають показати, чи повторюється характерний поляризаційний сигнал і наскільки точно він відповідає квантово-електродинамічним моделям.
