Magnetarmålinger bekrefter vakuumbirefringens – en 90 år gammel kvantespådom

Hva teamet oppdaget

Magnetaren 1E 1547.0−5408 er en nøytronstjerne med et magnetfelt på omtrent 10¹⁴–10¹⁵ Gauss – milliarder av ganger sterkere enn noe felt som kan skapes på jorden . IXPE-observasjonene, utført mellom mars og april 2025, oppdaget en lineær polariseringsgrad på 47,7 % ± 2,9 % i røntgenbåndet 2–8 keV . Dette er omtrent tre ganger høyere enn polariseringen målt i andre magnetarer . Standardmodeller for termisk overflateutslipp, som typisk forutsier en polarisering på bare 15–20 %, kan ikke forklare denne verdien .

Den unormalt høye polariseringen kan bare oppstå dersom vakuumbirefringens aktivt filtrerer røntgenfotoner når de beveger seg gjennom magnetarens magnetosfære, ved å velge én polarisasjonsmodus fremfor den andre og dermed øke nettopolariseringen .

Hva er vakuumbirefringens?

Under vanlige forhold er tomt rom optisk isotropt – lys beveger seg på samme måte i alle retninger. Kvanteelektrodynamikk (QED) forutsier imidlertid at i et ekstremt sterkt magnetfelt blir selve vakuumet dobbeltbrytende. Det oppfører seg som en krystall og bøyer lys forskjellig avhengig av lysets polarisasjonsretning .

Denne effekten oppstår fordi virtuelle elektron-positron-par i kvantevakuumet polariseres under påvirkning av magnetfeltet, noe som får vakuumet til å oppføre seg som et dobbeltbrytende medium . Først teoretisert av Werner Heisenberg i 1936, har effekten aldri blitt direkte observert før nå .

Hvorfor magnetaren er det perfekte laboratoriet

Magnetarer er de mest magnetiske objektene i universet. Med feltstyrker som når 10¹⁴–10¹⁵ Gauss, skaper de forhold som er umulige å gjenskape i noe laboratorium på jorden . Den koordinerte kampanjen var den første samtidige røntgen- og radiopolarisasjonsmålingen av en magnetar, noe som gjorde det mulig for teamet å utelukke alternative forklaringer og bekrefte kildens geometri .

Polarisasjonsvinkelen målt av IXPE var i samsvar med roterende vektormodeller som inkorporerer vakuumbirefringens, og de samtidige radioobservasjonene fra Parkes bekreftet geometrien til emisjonsområdet .

Hva dette betyr for fysikken

Denne oppdagelsen markerer den første direkte observasjonsbekreftelsen av vakuumbirefringens – en ren QED-effekt som har vært eksperimentelt unnvikende i nesten 90 år . Resultatene åpner et nytt vindu inn i kvanteegenskapene til tomt rom under ekstreme forhold, og gjør effektivt magnetarer til naturlige laboratorier for å teste grunnleggende fysikk .

Forskere involvert i studien, inkludert Rachael Stewart fra George Washington University og Hoa Dinh Thi fra Rice University, understreket at den koordinerte flerbølgelengdetilnærmingen var avgjørende. Simuleringer viste at for samtidig å tilfredsstille både røntgen- og radiopolarisasjonsbegrensningene, må vakuumbirefringens være til stede rundt nøytronstjernen .

Påvisningen bekrefter at vakuumet ikke er virkelig tomt – det kan polariseres og kan endre lysets utbredelse på måter som bare er detekterbare under de mest ekstreme magnetiske miljøene i kosmos. Denne evnen gir i sin tur et nytt verktøy for å utforske den kvantemekaniske strukturen til selve romtiden .