Mezinárodní tým astronomů zaznamenal u magnetaru 1E 1547.0−5408 vlastnosti rentgenového záření, které odpovídají působení takzvaného dvojlomu vakua. Jde o jev předpovězený kvantovou elektrodynamikou: ve velmi silném magnetickém poli se i vakuum, tedy prostor bez běžných částic, může pro světlo chovat jako prostředí s různými optickými vlastnostmi podle směru jeho polarizace. Studie zveřejněná v časopise Nature nepředstavuje definitivní přímé potvrzení jevu, autoři ji však označují za výrazný pokrok v jeho hledání.
Magnetary jsou neutronové hvězdy s mimořádně silným magnetickým polem. U sledovaného objektu, který se otočí kolem osy jednou za 2,09 sekundy, autoři uvádějí rovníkovou intenzitu magnetického pole přibližně 2,2 × 1010 tesla. Takové podmínky nelze vytvořit v pozemských laboratořích. Právě extrémní magnetická pole mají podle teorie ovlivňovat kvantové fluktuace vakua – krátkodobé projevy částic a antičástic – a tím nepatrně měnit rychlost šíření různě polarizovaných složek světla.
Současná pozorování ve třech oborech
Výzkumníci spojili data z družice Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE), přístroje Neutron Star Interior Composition ExploreR (NICER) na Mezinárodní vesmírné stanici a radioteleskopu Parkes/Murriyang v Austrálii. Koordinovaná kampaň probíhala od 26. března do 5. dubna 2025. IXPE měří polarizaci rentgenového záření, tedy přednostní směr kmitání elektrické složky světelné vlny. Rádiová pozorování pak pomohla určit geometrii magnetického pole a natočení hvězdy vůči Zemi.
V rentgenovém pásmu o energiích od 3,2 × 10−16 do 1,3 × 10−15 joulu naměřil tým průměrný stupeň lineární polarizace asi 46 ± 4 procenta. V nejměkčí části sledovaného spektra, při energii 3,2 × 10−16 joulu, dosáhl po modelování tepelné složky průměrný stupeň polarizace 65 ± 8 procent. V některých fázích rotace hvězdy vystoupal v pásmu 3,2 až 4,8 × 10−16 joulu na 82 ± 15 procent. Polarizace přitom zůstávala vyšší než přibližně 40 procent i během průchodu rádiového svazku přes zorný směr pozorovatele.
Významná byla rovněž změna směru polarizace během rotace magnetaru. V rentgenové i rádiové oblasti její průběh odpovídal takzvanému modelu rotujícího vektoru, který popisuje, jak se při otáčení neutronové hvězdy mění projekce jejího rozsáhlého dipólového magnetického pole na obloze. Z rádiových dat autoři odvodili, že magnetická a rotační osa jsou téměř rovnoběžné: jejich vzájemný úhel vyšel přibližně 3,4 stupně. Zemi navíc pozorovatelé vidí v blízkosti rotační osy magnetaru.
Proč samotná vysoká polarizace nestačí
Vakuový dvojlom by měl způsobit, že se polarizační stav rentgenových fotonů udrží svázaný s magnetickým polem i daleko od povrchu hvězdy. Záření z různých částí horké oblasti na povrchu se pak při pozorování nesčítá do slabě polarizovaného signálu, ale může si zachovat vysokou výslednou polarizaci. Autoři uvádějí, že běžné modely povrchové emise bez refrakčních účinků při šíření světla obtížně vysvětlují kombinaci velmi vysoké polarizace, její proměny s energií a relativně pravidelného vývoje jejího směru.
Naměřený stupeň polarizace mezi energiemi 3,2 × 10−16 a 6,4 × 10−16 joulu výrazně klesal. Tento pokles může souviset s takzvanou vakuovou rezonancí, při níž mohou fotony v atmosféře magnetaru přecházet mezi dvěma polarizačními módy. Autoři jej interpretují jako další prvek slučitelný s kvantově elektrodynamickými účinky. Současně ale upozorňují, že při vyšších energiích mají data nižší statistickou přesnost a že podrobnější výklad závisí na použitém modelu atmosféry, horké oblasti i magnetosféry hvězdy.
Počítačové simulace týmu popisovaly naměřená data lépe tehdy, když zahrnovaly vakuový dvojlom v magnetosféře. Nejde však o nezávislý důkaz, že jiné vysvětlení není možné: simulace vycházejí z předpokladů o geometrii zdroje a vlastnostech jeho záření. Autoři proto považují za potřebná další hlubší měření pomocí IXPE, zejména v měkčím rentgenovém oboru, kde se očekává výraznější polarizace. Výsledek tak posiluje argument pro existenci vakuového dvojlomu v okolí magnetaru, nikoli tvrzení, že povaha kvantového vakua byla již jednoznačně experimentálně uzavřena.
Zdroj: ScienceDaily
Tento článek byl vytvořen s pomocí umělé inteligence a redakčně zkontrolován.