O descoperire făcută în jurul unei stele moarte confirmă o predicție veche de 90 de ani: Vidul cosmic se comportă ca o prismă

Spaţiul gol, vidul cosmic, nu este atât de gol pe cât pare, conform concluziilor unui nou studiu, publicat de revista Nature, care examinează semnalele de la o stea moartă, un magnetar, oferind ceea ce cercetătorii spun că este cea mai puternică dovadă de până acum cu privire la modificarea proprietăţilor unui vid de către câmpurile magnetice extreme, transmite sâmbătă Space.com, potrivit Agerpres.

Astfel, spaţiul aparent gol se comportă ca o prismă şi schimbând modul în care lumina călătoreşte prin el.

Descoperirile, conduse de Rachael Stewart, studentă la masterat în fizică la Universitatea George Washington, confirmă o predicţie a unui efect ciudat propus pentru prima dată acum 90 de ani.

„Informaţiile pe care le-am obţinut uitându-ne la acest nucleu stelar îndepărtat ne oferă, de asemenea, indicii despre natura structurii realităţii aşa cum o cunoaştem, iar acest lucru mi se pare incredibil”, a spus Stewart într-un comunicat.

Ideea datează din 1936, când fizicianul german Werner Heisenberg şi elevul său Hans Euler au propus că spaţiul nu este niciodată cu adevărat gol. În schimb, au susţinut ei, este o mare clocotită de „particule virtuale” – electroni şi omologii lor din antimaterie, pozitroni – care apar şi dispar, interacţionând scurt cu mediul înconjurător înainte de a dispărea.

Această supă subatomică este o consecinţă a mecanicii cuantice şi rămâne invizibilă în condiţii obişnuite. Dar teoria prezice că un câmp magnetic extrem de puternic, cum ar fi cel din jurul unui magnetar, poate schimba modul în care lumina se mişcă, determinând undele luminoase să se alinieze mai puternic într-o anumită direcţie, într-un efect cunoscut sub numele de „birefringenţă în vid” – dublarea prin refracţie a unei raze de lumină la trecerea prin vid.

„Detectarea birefringenţei în vid necesită un câmp magnetic de peste 100 de milioane de ori mai puternic decât oricare altul pe care l-am creat vreodată pe Pământ”, a declarat într-o altă declaraţie co-autorul studiului, Marcus Lower, astrofizician la Universitatea Swinburne din Australia. „Din fericire, natura ne-a furnizat magnetari, care sunt laboratoarele cosmice perfecte pentru a căuta acest efect”.

Magnetarii sunt rămăşiţe dense, de mărimea unui oraş, rămase după ce stelele masive explodează, găzduind cele mai puternice câmpuri magnetice cunoscute în Univers. Aceştia se numără printre rarele obiecte cereşti capabile să genereze câmpuri suficient de puternice pentru a dezvălui birefringenţa în vid, oferind oamenilor de ştiinţă un mediu extrem pentru a testa fizica în condiţii imposibil de reprodus pe Pământ.

„Nu mai studiem doar obiecte astronomice; le folosim pentru a testa legile naturii”, a declarat într-un comunicat Michela Negro, co-autoare a studiului şi astrofizician la Universitatea de Stat din Louisiana.

Astronomii au mai surprins şi înainte acest fenomen evaziv, dar nu în mod suficient de concludent. În 2017, cercetătorii care au folosit telescopul VLT (Very Large Telescope) din Chile au observat indicii de polarizare în jurul unei stele neutronice slabe numite RX J1856.5-3754, situată la aproximativ 400 de ani-lumină de Pământ. Cu toate acestea, aceste măsurători optice au rămas deschise interpretării, parţial din cauza provocărilor izolării semnalului optic.

La acea vreme, oamenii de ştiinţă au remarcat că o dovadă definitivă ar necesita observatoare de raze X din spaţiu, în special Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE) al NASA, care urma să fie construit. Lansat în 2021, IXPE poartă trei telescoape identice concepute pentru a măsura polarizarea razelor X de înaltă energie.

„Abia în ultimii şase ani am avut de fapt un telescop capabil să detecteze acest efect în jurul magnetarilor”, a declarat Lower pentru Michael West Media, un site web independent de ştiri din Australia.

În martie şi aprilie 2025, cercetătorii au indicat IXPE către 1E 1547-5408, un magnetar care se roteşte o dată la două secunde şi este neobişnuit printre stelele neutronice de felul său pentru emiterea constantă de unde radio. Echipa a suplimentat aceste date cu observaţii de la un telescop cu raze X de la bordul Staţiei Spaţiale Internaţionale, precum şi de la radiotelescopul Murriyang din Australia şi de la Observatorul de Radioastronomie din Africa de Sud.

Conform studiului, două descoperiri au indicat fenomenul de birefringenţă în vid.

În primul rând, razele X captate de IXPE au fost de aproape trei ori mai polarizate decât cele din surse similare, mult mai mult decât ar putea explica modelele standard ale emisiei de la suprafaţa unei stele neutronice. În al doilea rând, polarizarea a indicat aceeaşi direcţie ca şi câmpul magnetic al stelei, corespunzând modelului deja observat în undele sale radio. Cercetătorii au concluzionat că această combinaţie lasă birefringenţa în vid ca singura explicaţie care se potriveşte datelor.

„Este o uşurare, deoarece înseamnă că teoriile noastre încă funcţionează şi nu există nimic în neregulă cu fizica”, a declarat Lower pentru site-ul de ştiri Michael West Media.

Pentru Fernando Camilo, cercetător şef la Observatorul de Radioastronomie din Africa de Sud şi coautor al noii lucrări, descoperirea este o călătorie lungă şi completă. Camilo studiază 1E 1547-5408 din 2007, când a detectat pentru prima dată undele sale radio folosind antena parabolică Murriyang, dezvăluind rata sa de rotaţie de două secunde.

„La acea vreme, 1E 1547 era doar al doilea magnetar din Calea Lactee despre care se ştie că emite unde radio şi eram încrezători că monitorizarea regulată va dezvălui un comportament interesant”, a spus Camilo în declaraţie. „Cu toate acestea, nu ne-am fi putut imagina niciodată că 20 de ani mai târziu acesta va contribui la investigarea unei predicţii fundamentale şi deosebit de ciudate a mecanicii cuantice”.

Echipa speră să confirme descoperirea cu date din misiuni viitoare, inclusiv o misiune orbitală propusă numită GoSOX (prescurtare de la Globe Orbiting Soft X-ray Polarimeter), alături de simulări computerizate îmbunătăţite pentru a distinge semnalul de birefringenţă în vid de alte procese din mediul extrem din jurul magnetarilor.

„Cu aceste date viitoare la îndemână şi simulările noastre actualizate, am putea în sfârşit să putem finaliza căutarea începută de Heisenberg acum aproape 90 de ani”, a mai susţinut Marcus Lower în comunicatul Universităţii Swinburne.