علماء يؤكدون توقعًا كموميًا عمره 90 عامًا من خلال رصد نجم مغناطيسي

في أغسطس 2026، أعلن فريق دولي من علماء الفلك عن أقوى دليل حتى الآن على تأثير كمومي توقع قبل ما يقرب من 90 عامًا: ظاهرة انكسار الفراغ (Vacuum Birefringence). باستخدام أكثر من 140 ساعة من الأرصاد المنسقة لكل من مرصد IXPE (مستكشف استقطاب الأشعة السينية بالتصوير) التابع لناسا، ومرصد NICER (مستكشف التركيب الداخلي للنجوم النيوترونية) أيضًا من ناسا، وتلسكوب باركس/موريانغ الراديوي التابع لـCSIRO الأسترالية، تمكن الفريق من قياس استقطاب الأشعة السينية الصادر عن النجم المغناطيسي 1E 1547.0−5408، ووجدوا أنه مرتفع بشكل غير متوقع—وهي بصمة قاطعة على أن الفضاء الفارغ، تحت تأثير مجالات مغناطيسية فائقة، يمكنه أن يحني الضوء كما تفعل البلورة . نُشرت النتائج في مجلة Nature بتاريخ 5 أغسطس 2026 .

ما الذي اكتشفه الفريق

النجم المغناطيسي 1E 1547.0−5408 هو نجم نيوتروني يمتلك مجالًا مغناطيسيًا يبلغ حوالي 10¹⁴–10¹⁵ غاوس—أي أقوى بمليارات المرات من أي مجال يمكن تحقيقه على الأرض . رصدت أرصاد IXPE، التي أجريت بين مارس وأبريل 2025، درجة استقطاب خطي بلغت 47.7% ± 2.9% في نطاق الأشعة السينية من 2 إلى 8 كيلو إلكترون فولت . هذا أعلى بثلاث مرات تقريبًا من الاستقطاب المقاس في نجوم مغناطيسية أخرى . النماذج القياسية للانبعاثات الحرارية السطحية، التي تتوقع عادة استقطابًا يتراوح بين 15-20% فقط، لا يمكنها تفسير هذه القيمة .

لا يمكن إنتاج هذا الاستقطاب المرتفع بشكل شاذ إلا إذا كانت ظاهرة انكسار الفراغ تعمل بنشاط على تصفية فوتونات الأشعة السينية أثناء انتشارها عبر الغلاف المغناطيسي للنجم، منتقاة أحد نمطي الاستقطاب على الآخر ومعززة بذلك صافي الاستقطاب .

ما هو انكسار الفراغ؟

في الظروف اليومية، الفراغ الخالي يكون متناحيًا بصريًا (Isotropic)—أي أن الضوء ينتقل بنفس الطريقة في جميع الاتجاهات. ومع ذلك، تتنبأ الديناميكا الكهربائية الكمومية (Quantum Electrodynamics - QED) أنه في مجال مغناطيسي قوي جدًا، يصبح الفراغ نفسه ثنائي الانكسار (Birefringent). يتصرف مثل البلورة، حيث يحني الضوء بشكل مختلف اعتمادًا على اتجاه استقطابه .

ينشأ هذا التأثير لأن أزواجًا افتراضية من الإلكترون والبوزيترون في الفراغ الكمومي تستقطب تحت تأثير المجال المغناطيسي، مما يتسبب في تصرف الفراغ كوسط ثنائي الانكسار . تم التنبؤ بهذا التأثير لأول مرة من قبل عالم الفيزياء فيرنر هايزنبرغ في عام 1936، لكنه لم يتم رصده مباشرة حتى الآن .

لماذا النجم المغناطيسي هو المختبر المثالي

النجوم المغناطيسية هي أكثر الأجسام مغناطيسية في الكون. بفضل شدة مجالاتها التي تصل إلى 10¹⁴–10¹⁵ غاوس، فإنها تخلق ظروفًا يستحيل تكرارها في أي مختبر أرضي . كانت الحملة المنسقة هي الأولى من نوعها التي تقيس استقطابًا متزامنًا للأشعة السينية والموجات الراديوية لنجم مغناطيسي، مما سمح للفريق باستبعاد التفسيرات البديلة وتأكيد هندسة المصدر .

كانت زاوية الاستقطاب التي قاسها IXPE متوافقة مع نماذج المتجه الدوارة (Rotating-Vector Models) التي تتضمن ظاهرة انكسار الفراغ، كما أكدت الأرصاد الراديوية المتزامنة من تلسكوب باركس هندسة منطقة الانبعاث .

ماذا يعني هذا للفيزياء

يمثل هذا الاكتشاف أول تأكيد رصدي مباشر لظاهرة انكسار الفراغ—وهو تأثير نقي للديناميكا الكهربائية الكمومية ظل بعيد المنال تجريبيًا لما يقرب من 90 عامًا . تفتح النتائج نافذة جديدة على الخصائص الكمومية للفضاء الفارغ تحت ظروف قاسية، مما يحول النجوم المغناطيسية فعليًا إلى مختبرات طبيعية لاختبار الفيزياء الأساسية .

الباحثون المشاركون في الدراسة، ومن بينهم راشيل ستيوارت من جامعة جورج واشنطن وهوا دينه ثي من جامعة رايس، أكدوا أن النهج المنسق متعدد الأطوال الموجية كان ضروريًا. أظهرت المحاكاة أنه من أجل تلبية كل من قيود استقطاب الأشعة السينية والموجات الراديوية في وقت واحد، يجب أن تكون ظاهرة انكسار الفراغ موجودة حول النجم النيوتروني .

يؤكد هذا الاكتشاف أن الفراغ ليس فارغًا حقًا—فهو يمكن أن يستقطب ويمكنه تغيير طريقة انتشار الضوء بطرق لا يمكن اكتشافها إلا في أكثر البيئات المغناطيسية تطرفًا في الكون. وهذه القدرة، بدورها، توفر أداة جديدة لاستكشاف البنية الكمومية للزمكان نفسه .