Астрофизики впервые показали, что вакуум космоса отнюдь не так пуст

Запутанный мир квантовой физики кажется непроходимыми дебрями абсолютному большинству жителей нашей планеты. Но именно в этой области науки рождаются самые невероятные теории и обнаруживаются доказательства удивительного устройства Вселенной.

Обычно вакуум представляется нам как совершенно пустое пространство, в котором практически ничего нет (один атом на три кубических километра пространства, не в счёт). Но, раз вакуум не содержит физических частиц, то свет должен проходить через него без каких-либо изменений. Ведь ему попросту не с чем там сталкиваться. Однако, согласно квантовой электродинамике, которая описывает взаимодействие фотонов и заряженных частиц, таких как электроны, пространство заполнено виртуальными частицами. Они характеризуются всеми квантовыми числами, которые присущи реальным элементарным частицам, то есть их состояние однозначно определено, но при этом у них нарушена связь между энергией и импульсом. Из-за этого виртуальные частицы постоянно появляются и либо распадаются на реальные частицы, либо поглощаются одной из них.

В рамках теории очень сильное магнитное поле может изменить пространство, в котором находятся виртуальные частицы таким образом, что оно будет влиять на поляризацию света, проходящего через него. То есть высоко "намагниченный" вакуум должен вести себя как призма для распространяющегося через него света, создавая эффект, известный как вакуумное двойное лучепреломление. Впервые оно было предсказано гениальными Вернером Гейзенбергом и Гансом Генрихом Эйлером в 1930 году. В 80-е годы XX века были предприняты попытки обнаружения доказательств существования этого эффекта в лабораторных условиях, но они потерпели неудачу.

И вот, наконец, международная команда исследователей во главе с профессором Национального института астрофизики (Милан, Италия) и Зелёногурского университета (Зелёна-Гура, Польша) Роберто Миньяни (Roberto Mignani) объявила об обнаружении первых фактических доказательств существования эффекта вакуумного двойного лучепреломления. Сделать это удалось благодаря пристальному наблюдению за ближайшей к Земле нейтронной звездой RX J1856.5-3754, расположенной в созвездии Южной Короны.

Нейтронные звёзды представляют собой очень плотные ядра, оставшиеся после взрывов массивных светил, превосходивших по массе Солнце не менее чем в 10 раз. Вокруг нейтронных звёзд образуется невероятно сильное магнитное поле, в миллиарды раз более сильное, чем солнечное. Эти поля как нельзя лучше подходят для проверки постулатов квантовой электродинамики, решили учёные и начали следить за описанной выше нейтронной звездой.

Исследователи наблюдали за RX J1856.5-3754, расположенной на расстоянии 400 световых лет от Земли, с помощью "Очень большого телескопа" Европейской Южной Обсерватории (VLT), который является частью Паранальской обсерватории в Чили.

Свет её очень слабый. После обработки данных учёные обнаружили, что излучение звезды в значительной степени линейно поляризовано, поляризация составляет порядка 16%. Астрофизики считают, что подобное может быть обусловлено лишь усиливающим эффектом вакуумного двойного лучепреломления.

"Высокая линейная поляризация, которую мы измерили с помощью VLT, не может быть легко объяснена ни одной из существующих моделей, если они не учитывают эффекты вакуумного двойного лучепреломления, предсказанного квантовой электродинамикой", — рассказывает Миньяни в официальном пресс-релизе.

Измерения, ставшие настоящим открытием, были сделаны в видимой части спектра. Астрофизики надеются, что за ними последуют данные, полученные в рентгеновском диапазоне, и они покажут те же результаты.

Исследователи невероятно взволнованы своими выводами и намерены направить свои усилия на поиск и изучение аналогичного эффекта у других нейтронных звёзд.

Полный текст статьи, опубликованной в издании Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, можно найти на сайте Европейской Южной Обсерватории (PDF-файл).