Vědci u vzdálené hvězdy narazili na podivné kvantové vlastnosti

Týmu astronomů z observatoře na Cerro Paranal v Chile se ve světle vyzářeném neutronovou hvězdou se silným magnetickým polem zřejmě podařilo zachytit projevy kvantového efektu, známého jako dvojlom vakua. Jde o první pozorování tohoto typu kvantového efektu.

Pozorování neutronové hvězdy pomocí teleskopu VLT (Very Large Telescope) na Cerro Paranal v Chile mohou potvrdit 80 let starou předpověď vlastností vakua. Týmu astronomů pracujícímu s dalekohledem VLT se ve světle vyzářeném mimořádně hustou neutronovou hvězdou se silným magnetickým polem zřejmě podařilo zachytit první známky kvantového efektu, jehož předpověď pochází z roku 1930.

Dvojitý lom vakua

Obrázek znázorňuje, jakým způsobem světlo opouští povrch silně zmagnetizované neutronové hvězdy a později dochází k jeho lineární polarizaci při přechodu vakuem kosmického prostoru v blízkosti neutronové hvězdy (předtím, než dorazí k Zemi). Ilustrace ESO

Stupeň polarizace pozorovaného světla naznačuje, že v jinak prázdném prostoru v okolí neutronové hvězdy by se mohl projevovat kvantový jev známý jako dvojlom vakua. Roberto Mignani (INAF Milán, Itálie a Univerzita v Zielonej Gore, Polsko) a jeho tým využili dalekohled VLT na zkoumání neutronové hvězdy RX J1856.5-3754, která leží asi 400 světelných let od Slunce. Přestože jde o jednu z nejbližších známých neutronových hvězd, je tak slabá, že její pozorování pomocí multimodálního optického přístroje FORS2 a dalekohledu VLT bylo na hranici jejich technických možností. Neutronové hvězdy jsou velmi husté pozůstatky jader hvězd alespoň desetkrát hmotnějších než Slunce, které v závěrečné fázi svého vývoje explodovaly jako supernovy. Mají mimořádně silné magnetické pole – miliardkrát silnější, než má například Slunce -, které proniká jejich povrchovými vrstvami do okolního prostoru. Magnetická pole neutronových hvězd jsou tak silná, že mohou ovlivňovat vlastnosti prázdného prostoru v okolí.

Změny polarizace světla

Vakuum většinou považujeme za zcela prázdné a světlo jím může procházet bez jakékoli změny. Z pohledu kvantové elektrodynamiky je však prázdný prostor zaplněný neustále vznikajících a zanikajících virtuálních nabitých částic. Kvantová teorie popisuje také interakce mezi těmito částicemi a fotony.

Neutronové hvězdy představují pro vědce nenahraditelné přírodní laboratoře, v nichž je možné testovat základní zákony přírody.

Velmi silná magnetická pole mohou ovlivňovat vlastnosti prostoru takovým způsobem, že i ve vakuu může docházet ke změnám polarizace světla, které jím prochází. Roberto Mignani vysvětluje: Podle kvantové elektrodynamiky se vakuum v silném magnetickém poli při průchodu světla chová podobně jako hranol a dochází zde k jevu, který je známý jako dvojlom vakua. Dvojlom vakua je jedním z mnoha jevů předpovídaných v rámci kvantové elektrodynamiky, ale jako jeden z mála nebyl dosud pozorován. Pokusy o jeho detekci v laboratorních podmínkách jsou neúspěšné již 80 let, od dob, kdy existenci tohoto jevu předpovídali Werner Heisenberg a Hans Heinrich Euler. Pozorovat lze pouze v přítomnosti mimořádně silných magnetických polí, jaké se vyskytují například v okolí neutronových hvězd. Neutronové hvězdy tak představují pro vědce nenahraditelné přírodní laboratoře, v nichž je možné testovat základní zákony přírody, říká Roberto Turolla (Univerzita v Padově, Itálie).

Pozorování potvrzují teoretickou předpověď

Po podrobné analýze údajů získaných pomocí dalekohledu VLT se týmu podařilo odhalit známky lineární polarizace (na úrovni kolem 16%) – což by mohlo být důsledkem zesilujícího efektu vakuového dvojlomu, který nastává v prázdném prostoru obklopujícím neutronovou hvězdu RX J1856.5-3754. Stupeň lineární polarizace, který jsme naměřili pomocí VLT, nelze vysvětlit pomocí dostupných modelů, pokud nebereme v úvahu i vakuový dvojlom předpovězený kvantovou elektrodynamiky, poznamenává dále Roberto Mignani. Náš výzkum představuje první pozorování podporující předpověď existence tohoto typu kvantového efektu vznikajícího v extrémně silných magnetických polích, dodává Silvia Zeneovo (University College London-Mullard Space Science Laboratory, Velká Británie).

RNDr. Zdeněk Komárek pro Quark.sk

Leave a Reply