Физики обнаружили аномальное поведение света в пустоте около магнетара

Физическое пространство, которое кажется нам абсолютно пустым, на самом деле скрывает в себе бурную квантовую жизнь. Международная группа исследователей под руководством Рейчел Стюарт из Университета Джорджа Вашингтона получила самые убедительные на сегодняшний день доказательства того, что экстремальные магнитные поля способны менять свойства космического вакуума. В таких условиях пустота начинает вести себя подобно призме, преломляя и заставляя по-особенному двигаться проходящий сквозь нее свет. Открытие, опубликованное в журнале Nature, подтверждает гипотезу, выдвинутую ровно 90 лет назад немецким физиком Вернером Гейзенбергом и его учеником Хансом Эйлером.

В 1936 году они предположили, что вакуум — это не безжизненная пустота, а «кипящий океан» из виртуальных частиц (электронов и их антиподов — позитронов). Они постоянно рождаются и исчезают, оставаясь невидимыми в обычных условиях. Однако сверхсильное магнитное поле способно упорядочить этот субатомарный хаос, вызывая эффект, известный как двойное лучепреломление вакуума.

«Чтобы зафиксировать этот эффект, требуется магнитное поле, которое в 100 миллионов раз мощнее любого, что мы можем создать на Земле», — пояснил соавтор работы Маркус Лоуэр из Суинбернского технологического университета в Австралии.

Воссоздать такие условия в земных лабораториях невозможно, но ученым помогла сама Вселенная. На роль природных полигонов идеально подошли магнетары — сверхплотные остатки массивных звезд размером с крупный город, обладающие самыми мощными магнитными полями в космосе.

Астрономы уже пытались зафиксировать это явление в 2017 году с помощью Наземного Очень Большого Телескопа (VLT) в Чили, наблюдая за нейтронной звездой. Однако оптические сигналы с Земли искажались атмосферой, и результаты оставались спорными. Окончательное доказательство стало возможным только после запуска в 2021 году космической рентгеновской обсерватории НАСА — IXPE (Imaging X-ray Polarimetry Explorer), способной с высокой точностью измерять поляризацию жесткого космического излучения.

Жесткое космическое излучение — это свет с очень высокой энергией и мощностью, который мы не видим глазами. К нему относятся рентгеновские и гамма-лучи. В космосе его испускают экстремальные объекты, например, черные дыры или мертвые звезды (магнетары). Поляризация — это свойство, которое показывает, в какой плоскости колеблются световые волны.

Обычно свет от звезд «хаотичен»: его волны колеблются во все стороны сразу (вверх-вниз, влево-вправо, по диагонали). Но когда излучение проходит сквозь мощное магнитное поле, все его волны выстраиваются в одну линию и начинают колебаться строго в одном направлении (например, только сверху вниз). Этот процесс упорядочивания и называется поляризацией.

Изучая это свойство, астрофизики могут «разглядеть» то, что невозможно сфотографировать обычным телескопом. Поляризация жестких лучей работает как цифровой отпечаток пальца: она позволяет точно узнать силу магнитного поля звезды и понять, какие невидимые квантовые процессы происходят в пустом пространстве вокруг нее.

Весной 2025 года исследователи направили телескопы IXPE на магнетар 1E 1547-5408, который совершает оборот вокруг своей оси каждые две секунды. Полученные данные подкрепили наблюдениями с рентгеновского телескопа на МКС, австралийского радиотелескопа Мурриянг и Южноафриканской радиоастрономической обсерватории. Анализ показал сразу два аномальных фактора.

Во-первых, рентгеновские лучи, зафиксированные приборами, оказались поляризованы почти в три раза сильнее, чем предсказывали модели излучения поверхности нейтронных звезд. Во-вторых, направление этой поляризации в точности совпало с магнитным полем звезды и рисунком ее радиоволн. Физики пришли к выводу, что единственным объяснением такой аномалии является именно двойное лучепреломление вакуума.

В будущем авторы исследования планируют окончательно завершить дело, начатое Гейзенбергом. Помочь в этом должны новые компьютерные симуляции и запуск перспективной орбитальной миссии GoSOX, которая позволит еще детальнее изучить квантовую ткань нашей реальности.

Впервые запечатлено рождение магнетара

По Млечному Пути несется мощная мертвая звезда, и никто не знает, откуда — открытие

Астрономы, вероятно, впервые стали свидетелями образования «странной звезды»

Подписывайтесь и читайте «Науку» в MAX