Празното пространство не е толкова празно, колкото изглежда. Това е основният извод от ново проучване, което анализира сигнали от мъртва звезда и според изследователите предоставя най-силното досега доказателство, че екстремните магнитни полета могат да променят свойствата на вакуума, като карат на пръв поглед празното пространство да действа като призма и променят начина, по който светлината се разпространява през него.

Резултатите от проучването, ръководено от Рашел Стюарт, докторантка по физика в университета „Джордж Вашингтон“, потвърждават предсказанието за един странен ефект, предложен за пръв път преди 90 години.

„Информацията, която получихме от наблюдението на ядрото на тази далечна звезда, ни дава също така улики за същността на структурата на реалността, такава, каквато я познаваме, и аз намирам това за невероятно“, заявява Стюарт.

Идеята датира от 1936 г., когато германският физик Вернер Хайзенберг и неговият студент Ханс Ойлер предложиха, че пространството никога не е напълно празно. Вместо това според тях то е кипящо море от „виртуални частици“ – електрони и техните антиматериални двойници, позитрони, – които се появяват и изчезват, взаимодействайки за кратко с околната среда, преди да изчезнат.

Тази субатомна пяна е следствие от квантовата механика и остава невидима при обичайни условия. Теорията обаче предсказва, че изключително силно магнитно поле като това около магнетар може да промени начина, по който се движи светлината, като накара светлинните вълни да се ориентират по-силно в определена посока – ефект, известен като „вакуумно двойно лъчепречупване“.

„За да се открие вакуумната двойна пречупваемост, е необходимо магнитно поле, което е над 100 милиона пъти по-силно от всяко друго, което някога сме създавали на Земята“, казва съавторът на проучването Маркъс Лоуър, астрофизик от университета „Суинбърн“ в Австралия. „За щастие природата ни е предоставила магнетари, които са идеалните космически лаборатории за търсене на този ефект.“

Магнетарите са плътни остатъци с размерите на град, останали след експлозията на масивни звезди, в които се наблюдават най-мощните магнитни полета, известни във Вселената. Те са сред редките небесни обекти, способни да генерират полета, достатъчно силни, за да разкрият вакуумно двойно лъчепречупване, като предоставят на учените екстремна среда за тестване на физичните закони при условия, които са невъзможни за възпроизвеждане на Земята.

„Вече не просто изучаваме астрономически обекти; ние ги използваме, за да тестваме законите на природата“, заяви в изявление съавторката на проучването Микела Негро, астрофизик от Луизианския държавен университет.

Астрономите са забелязвали и преди следи от това неуловимо явление, но не по убедителен начин. През 2017 г. изследователи, използващи телескопа Very Large Telescope в Чили, наблюдаваха признаци на поляризация около слаба неутронна звезда, наречена RX J1856.5-3754, разположена на около 400 светлинни години от Земята. Тези оптични измервания обаче останаха отворени за интерпретация отчасти поради трудностите при изолирането на оптичния сигнал.

Тогава учените отбелязаха, че за окончателно доказателство ще са необходими космически рентгенови обсерватории, по-конкретно предстоящият по това време проект на НАСА Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE). Изстрелян през 2021 г., IXPE разполага с три идентични телескопа, предназначени за измерване на поляризацията на високоенергийни рентгенови лъчи.

„Едва през последните шест години разполагаме с телескоп, способен да засече този ефект около магнетари“, заяви Лоуър пред Michael West Media – независим новинарски уебсайт в Австралия.

През март и април 2025 г. изследователите насочиха IXPE към 1E 1547-5408 – магнетар, който се върти веднъж на всеки две секунди и е необичаен за своя вид с това, че излъчва радиовълни с постоянна интензивност. Екипът допълни тези данни с наблюдения от рентгенов телескоп на борда на Международната космическа станция, както и от австралийския радиотелескоп Murriyang и Южноафриканската обсерватория за радиоастрономия.

Според проучването две открития сочат, че вакуумната двойна пречупваемост е в действие.

Първо, рентгеновите лъчи, засечени от IXPE, бяха почти три пъти по-поляризирани, отколкото при подобни източници, което е далеч над нивата, които стандартните модели за повърхностното излъчване на неутронна звезда биха могли да обяснят сами по себе си. Второ, поляризацията сочеше в същата посока като магнитното поле на звездата, което съвпадаше с модела, вече наблюдаван в нейните радиовълни. Изследователите стигнаха до заключението, че тази комбинация оставя двойното пречупване във вакуума като единственото обяснение, което съответства на данните.

„Това е известно облекчение, защото означава, че нашите теории все още важат и няма нищо нередно във физиката“, казва Лоуър.

За Фернандо Камило, главен учен в Южноафриканската обсерватория за радиоастрономия и съавтор на новата статия, това откритие затваря кръга на едно дълго пътуване. Камило изучава 1E 1547-5408 от 2007 г., когато за първи път засякъл неговите радиовълни с помощта на антената „Мъриян“, разкривайки, че той се върти с честота от две секунди.

„По онова време 1E 1547 беше едва вторият магнетар в Млечния път, за който се знаеше, че излъчва радиовълни, и бяхме убедени, че редовното наблюдение ще разкрие интересно поведение“, заяви Камило в изявлението. „Въпреки това никога не бихме могли да си представим, че 20 години по-късно той ще допринесе за изследването на едно фундаментално и особено странно предсказание на квантовата механика.“

Екипът се надява да потвърди откритието с данни от бъдещи мисии, включително предложената орбитална мисия, наречена GoSOX (съкращение от Globe Orbiting Soft X-ray Polarimeter), както и с подобрени компютърни симулации, за да се разграничи сигналът за вакуумна двойна пречупваемост от други процеси около магнетарите.

„С тези бъдещи данни на разположение и нашите актуализирани симулации може би най-накрая ще успеем да завършим търсенето, започнато от Хайзенберг преди почти 90 години“, завършва Лоуър.

Снимка: Unsplash/NASA/Pablo Garcia/ESA

Виж още: Най-големият изцяло електрически самолет в света извърши първия си полет