अंतरिक्ष में खाली जगह भी नहीं है 'खाली': मैग्नेटर से मिला 90 साल पुराने क्वांटम सिद्धांत का पुख्ता प्रमाण

टीम ने क्या खोजा?

मैग्नेटर 1E 1547.0−5408 एक न्यूट्रॉन तारा है, जिसका चुंबकीय क्षेत्र लगभग 10¹⁴–10¹⁵ गॉस (Gauss) है। यह पृथ्वी पर प्राप्त किए जा सकने वाले किसी भी चुंबकीय क्षेत्र से अरबों गुना अधिक शक्तिशाली है । मार्च और अप्रैल 2025 के बीच किए गए IXPE अवलोकनों में 2–8 keV X-रे बैंड में 47.7% ± 2.9% का एक रैखिक ध्रुवीकरण (Linear Polarization) पाया गया । यह अन्य मैग्नेटरों में मापे गए ध्रुवीकरण से लगभग तीन गुना अधिक है । मानक थर्मल सतह उत्सर्जन मॉडल, जो आमतौर पर केवल 15–20% ध्रुवीकरण की भविष्यवाणी करते हैं, इस मान की व्याख्या नहीं कर सकते ।

यह असामान्य रूप से उच्च ध्रुवीकरण तभी संभव है जब 'वैक्यूम बाइरिफ़्रिंजेंस' सक्रिय रूप से मैग्नेटर के मैग्नेटोस्फीयर के माध्यम से X-रे फोटॉनों को फ़िल्टर कर रहा हो। यह एक ध्रुवीकरण मोड को चुनता है और दूसरे को खारिज करता है, जिससे कुल ध्रुवीकरण बढ़ जाता है ।

क्या है 'वैक्यूम बाइरिफ़्रिंजेंस'?

सामान्य परिस्थितियों में, खाली स्थान (Vacuum) प्रकाशिक रूप से समदैशिक (Optically Isotropic) होता है, यानी प्रकाश इसमें सभी दिशाओं में एक समान यात्रा करता है। लेकिन क्वांटम इलेक्ट्रोडायनामिक्स (QED) भविष्यवाणी करता है कि एक अत्यंत शक्तिशाली चुंबकीय क्षेत्र में, वैक्यूम स्वयं 'बाइरिफ़्रिंजेंट' (Birefringent) हो जाता है। यह एक क्रिस्टल की तरह व्यवहार करता है, प्रकाश को उसके ध्रुवीकरण की दिशा के अनुसार अलग-अलग तरीके से मोड़ता है ।

यह प्रभाव इसलिए होता है क्योंकि क्वांटम वैक्यूम में मौजूद आभासी इलेक्ट्रॉन-पॉज़िट्रॉन जोड़े (Virtual Electron-Positron Pairs) चुंबकीय क्षेत्र के प्रभाव में ध्रुवीकृत हो जाते हैं, जिससे वैक्यूम एक बाइरिफ़्रिंजेंट माध्यम की तरह व्यवहार करने लगता है । सबसे पहले 1936 में महान भौतिक विज्ञानी वर्नर हाइजेनबर्ग (Werner Heisenberg) ने इस सिद्धांत को प्रतिपादित किया था, लेकिन अब तक इसे प्रत्यक्ष रूप से नहीं देखा जा सका था ।

मैग्नेटर क्यों है सबसे सही प्रयोगशाला?

मैग्नेटर ब्रह्मांड में सबसे अधिक चुंबकीय पिंड हैं। 10¹⁴–10¹⁵ गॉस तक पहुंचने वाली उनकी क्षेत्र की ताकत ऐसी परिस्थितियाँ पैदा करती है जिन्हें पृथ्वी की किसी प्रयोगशाला में दोहराना असंभव है । यह पहली बार था जब किसी मैग्नेटर का एक साथ X-रे और रेडियो ध्रुवीकरण मापा गया, जिसने टीम को वैकल्पिक स्पष्टीकरणों को खारिज करने और स्रोत की ज्यामिति की पुष्टि करने की अनुमति दी ।

IXPE द्वारा मापा गया ध्रुवीकरण कोण (Polarization Angle) घूर्णन-वेक्टर मॉडलों (Rotating-Vector Models) के अनुरूप पाया गया, जिसमें वैक्यूम बाइरिफ़्रिंजेंस शामिल है। Parkes से एक साथ किए गए रेडियो अवलोकनों ने उत्सर्जन क्षेत्र की ज्यामिति की पुष्टि की ।

भौतिकी के लिए इसका क्या मतलब है?

यह खोज 'वैक्यूम बाइरिफ़्रिंजेंस' की पहली प्रत्यक्ष अवलोकन पुष्टि है। यह एक विशुद्ध QED प्रभाव है जो लगभग 90 वर्षों से प्रयोगात्मक रूप से अस्पष्ट बना हुआ था । ये परिणाम अत्यधिक परिस्थितियों में खाली स्थान के क्वांटम गुणों की खोज के लिए एक नई खिड़की खोलते हैं। वास्तव में, यह मैग्नेटरों को मौलिक भौतिकी के परीक्षण के लिए प्राकृतिक प्रयोगशालाओं में बदल देता है ।

अध्ययन में शामिल शोधकर्ताओं, जिनमें जॉर्ज वॉशिंगटन यूनिवर्सिटी से राचेल स्टीवर्ट (Rachael Stewart) और राइस यूनिवर्सिटी से होआ दिन्ह थी (Hoa Dinh Thi) शामिल हैं, ने इस बात पर जोर दिया कि समन्वित बहु-तरंगदैर्ध्य दृष्टिकोण आवश्यक था । सिमुलेशन ने दिखाया कि X-रे और रेडियो ध्रुवीकरण दोनों की बाधाओं को एक साथ संतुष्ट करने के लिए, न्यूट्रॉन तारे के चारों ओर वैक्यूम बाइरिफ़्रिंजेंस का मौजूद होना अनिवार्य है ।

यह पता लगाना इस बात की पुष्टि करता है कि वैक्यूम वास्तव में 'खाली' नहीं है। इसे ध्रुवीकृत किया जा सकता है और यह केवल सबसे चरम चुंबकीय वातावरण में ही प्रकाश के प्रसार को बदल सकता है, जो ब्रह्मांड में पाए जाते हैं। यह क्षमता, बदले में, अंतरिक्ष-समय की क्वांटम संरचना की जांच करने के लिए एक नया उपकरण प्रदान करती है ।