Введение

Пустота космоса не такова, какой кажется на первый взгляд. Недавние наблюдения за смертоносной звездой с интенсивным магнитным полем предоставили убедительные доказательства того, что пустое пространство может влиять на движение света, раскрывая необычные квантовые эффекты.

Космическое лабораторное исследование

Исследование, возглавляемое аспиранткой Рэйчел Стюарт из Университета Джорджа Вашингтона, подтвердило теорию, выдвинутую 90 лет назад. «Информация, полученная из наблюдений за этим далеким звездным ядром, дает нам подсказки о природе реальности, как мы ее знаем, и это невероятно,» – сказала Стюарт.

Квантовая пена

Идея о том, что пространство никогда не бывает абсолютно пустым, была впервые предложена в 1936 году немецким физиком Вернером Гейзенбергом и его студентом Гансом Эйлером. Они утверждали, что вакуум представляет собой бурлящее море «виртуальных частиц» – электронов и их антиматериальных пар, позитронов, которые появляются и исчезают, кратковременно взаимодействуя с окружающим миром.

Вакуумная бирефрингентность

Эта субатомная активность является следствием квантовой механики и обычно остается невидимой. Однако теория предполагает, что под воздействием чрезвычайно сильного магнитного поля, например, вокруг магнетара, свойства света могут изменяться, и волны света становятся более направленными в одном направлении, что называется «вакуумной бирефрингентностью».

Магнетары: космические лаборатории

Как отметил соавтор исследования Маркус Лоуэр, астрофизик из Университета Свинберна в Австралии, для обнаружения вакуумной бирефрингентности требуется магнитное поле, превышающее 100 миллионов раз более сильное, чем любое из созданных на Земле. К счастью, природа предоставляет нам магнетары – редкие космические объекты, обладающие самыми мощными магнитными полями во Вселенной.

Наблюдения и открытия

Астрономы раньше наблюдали за этим трудноуловимым явлением, но не могли предоставить окончательных доказательств. В 2017 году исследователи, использующие Очень Большой Телескоп в Чили, заметили поляризацию вокруг тусклой нейтронной звезды RX J1856.5-3754, находящейся в 400 световых годах от Земли. Однако эти оптические измерения оставались открытыми для интерпретации.

Использование IXPE

На тот момент ученые отметили, что для получения окончательных доказательств потребуются космические рентгеновские обсерватории, такие как недавно запущенный NASA Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE). С 2021 года IXPE оснащен тремя идентичными телескопами для измерения поляризации высокоэнергетических рентгеновских лучей.

Новые данные и выводы

В марте и апреле 2025 года группа исследователей направила IXPE на магнетар 1E 1547-5408, который вращается раз в две секунды и излучает радио-волны. В дополнение к данным IXPE использовались наблюдения с рентгеновского телескопа на Международной космической станции, а также радиотелескопа Murriyang в Австралии и Южноафриканской обсерватории радиоастрономии.

По результатам исследования два наблюдения указывали на действие вакуумной бирефрингентности. Во-первых, рентгеновские лучи, зарегистрированные IXPE, были почти в три раза более поляризованными, чем в аналогичных источниках. Во-вторых, поляризация совпадала с направлением магнитного поля звезды.

Заключение

Открытие, сделанное командой, является не только значительным шагом к подтверждению теории, но и возвращением к долгому пути исследований. Фернандо Камио, главный научный сотрудник Южноафриканской обсерватории радиоастрономии, изучает 1E 1547-5408 с 2007 года, когда он впервые обнаружил его радио-волны. Команда надеется подтвердить свои выводы с помощью будущих миссий и улучшенных компьютерных симуляций.