Spațiul aparent gol se comportă ca o prismă atunci când este străbătut de un câmp magnetic suficient de violent. Un nou studiu publicat în Nature aduce cea mai solidă dovadă obținută pentru birefringența vidului, un efect prezis în 1936 și rămas nedemonstrat aproape un secol.
Cercetarea este condusă de Rachael Stewart, doctorandă în fizică la George Washington University, și se bazează pe observații ale unui magnetar, adică a unei stele neutronice cu magnetism extrem. Concluzia sună banal, dar are consecințe uriașe: vidul nu este un nimic pasiv, ci un mediu care poate modifica felul în care circulă lumina.
Ce este birefringența vidului
Ideea vine de la fizicianul german Werner Heisenberg și de la studentul său Hans Euler, care au susținut în 1936 că spațiul niciodată nu este cu adevărat pustiu. În viziunea lor, vidul este o „supă” agitată de particule virtuale: electroni și pozitroni care apar și dispar aproape instantaneu, interacționând fugitiv cu mediul înconjurător. Formalismul care descrie fenomenul a rămas în istoria fizicii sub numele de lagrangian Euler-Heisenberg.
În condiții obișnuite, această spumă subatomică rămâne invizibilă. Teoria prezice însă că un câmp magnetic suficient de intens o poate polariza, iar undele luminoase care trec prin regiune se aliniază preferențial într-o anumită direcție. Este exact ceea ce fizicienii numesc birefringența vidului.
De ce a fost nevoie de un magnetar
Problema practică este scara. „Detectarea birefringenței vidului necesită un câmp magnetic de peste 100 de milioane de ori mai puternic decât orice am creat vreodată pe Pământ”, a explicat Marcus Lower, astrofizician la Swinburne University din Australia și coautor al studiului, într-un comunicat al universității. „Din fericire, natura ne-a oferit magnetarii, care sunt laboratoarele cosmice perfecte pentru a căuta acest efect.”
Comparația ajută: cei mai puternici magneți de laborator funcționează la câteva zeci de tesla în regim continuu, iar recordurile obținute cu bobine care se autodistrug rămân în ordinul a câteva sute de tesla. Un magnetar ajunge la valori de ordinul a zeci de miliarde de tesla. Sunt rămășițe de stele masive explodate, comprimate la dimensiunea unui oraș, și găzduiesc cele mai intense câmpuri magnetice cunoscute din univers. În Calea Lactee au fost identificate doar câteva zeci de astfel de obiecte.
„Nu mai studiem doar obiecte astronomice; le folosim pentru a testa legile naturii”, a declarat, într-un comunicat, Michela Negro, astrofiziciană la Louisiana State University și coautoare a lucrării.
Zece ani de încercări și un telescop construit special
Semne ale fenomenului fuseseră văzute și înainte, dar niciodată convingător. În 2017, o echipă care folosea Very Large Telescope al ESO, din Chile, a raportat indicii de polarizare în jurul unei stele neutronice slabe, RX J1856.5-3754, aflată la circa 400 de ani-lumină de Pământ. Măsurătorile erau în domeniul optic și rămâneau deschise interpretărilor, mai ales din cauza dificultății de a izola semnalul.
Comunitatea științifică a admis atunci că dovada definitivă cerea un observator spațial de raze X. Acesta a apărut în 2021, sub forma misiunii Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE), o colaborare între NASA și agenția spațială italiană, echipată cu trei telescoape identice dedicate măsurării polarizării razelor X de înaltă energie.
„Abia în ultimii șase ani am avut efectiv un telescop capabil să detecteze acest efect în jurul magnetarilor”, a declarat Lower pentru publicația australiană independentă Michael West Media.
Cele două indicii care au închis cazul
În martie și aprilie 2025, echipa a țintit IXPE spre 1E 1547-5408, un magnetar care se rotește o dată la două secunde și care este neobișnuit pentru categoria sa, pentru că emite constant și unde radio. Datele au fost completate cu observații de la un telescop de raze X montat pe Stația Spațială Internațională, de la radiotelescopul australian Murriyang, antena de 64 de metri operată de CSIRO la Parkes, și de la South African Radio Astronomy Observatory.
Primul indiciu: razele X captate de IXPE erau de aproape trei ori mai puternic polarizate decât în surse similare, mult peste ce pot explica modelele standard de emisie de la suprafața unei stele neutronice. Al doilea: direcția polarizării coincidea cu orientarea câmpului magnetic al stelei, exact tiparul observat deja în undele radio. Combinația celor două nu mai lasă loc altei explicații, susțin autorii.
„Este oarecum o ușurare, pentru că înseamnă că teoriile noastre încă funcționează și că nu e nimic stricat în fizică”, a spus Lower pentru Michael West Media.
O poveste începută în 2007
Pentru Fernando Camilo, cercetător-șef la South African Radio Astronomy Observatory și coautor al studiului, rezultatul încheie un cerc deschis acum aproape două decenii. Camilo studiază 1E 1547-5408 din 2007, când i-a detectat pentru prima dată undele radio cu antena Murriyang și i-a stabilit perioada de rotație de două secunde.
„La acea vreme, 1E 1547 era doar al doilea magnetar din Calea Lactee cunoscut ca emițător de unde radio, și eram convinși că monitorizarea regulată va scoate la iveală un comportament interesant”, a declarat Camilo în comunicat. „Însă nu ne-am fi putut imagina niciodată că, 20 de ani mai târziu, va contribui la investigarea unei predicții fundamentale și deosebit de bizare a mecanicii cuantice.”
Stewart, autoarea principală, a insistat pe această dimensiune: „Informațiile obținute din studierea acestui nucleu stelar îndepărtat ne dau și indicii despre natura țesăturii realității, așa cum o cunoaștem, iar mie asta mi se pare incredibil”, a spus ea într-un comunicat.
Ce urmează
Echipa vrea confirmarea cu date de la misiuni viitoare, inclusiv de la un polarimetru orbital propus, numit GoSOX (Globe Orbiting Soft X-ray Polarimeter), și cu simulări numerice mai bune, care să separe semnalul de birefringență de alte procese care se petrec în jurul magnetarilor. „Cu aceste date viitoare și cu simulările noastre actualizate, am putea în sfârșit să încheiem călătoria începută de Heisenberg acum aproape 90 de ani”, a spus Lower în comunicatul Swinburne University.
Lucrarea a fost publicată pe 5 august în revista Nature.
Dacă vă interesează obiectele exotice care emit semnale periodice, am scris și despre un obiect spațial necunoscut care emite semnale radio la 44 de minute, despre fenomenul GPM J1839-10, care pulsează la fiecare 20 de minute, și despre teoria universului holografic.
Comunicate oficiale: Swinburne University of Technology și South African Radio Astronomy Observatory.
