Vakuum vykazuje podivné kvantové vlastnosti

Týmu astronomů pracujícímu s dalekohledem ESO/VLT se ve světle vyzařovaném mimořádně hustou neutronovou hvězdou se silným magnetickým polem zřejmě podařilo zachytit první známky kvantového efektu, jehož předpověď pochází již z roku 1930. Stupeň polarizace pozorovaného světla naznačuje, že v jinak prázdném prostoru v okolí neutronové hvězdy by se mohl projevovat kvantový jev známý jako dvojlom vakua.

This artist’s view shows how the light coming from the surface of a strongly magnetic neutron star (left) becomes linearly polarised as it travels through the vacuum of space close to the star on its way to the observer on Earth (right). The polarisation of the observed light in the extremely strong magnetic field suggests that the empty space around the neutron star is subject to a quantum effect known as vacuum birefringence, a prediction of quantum electrodynamics (QED). This effect was predicted in the 1930s but has not been observed before. The magnetic and electric field directions of the light rays are shown by the red and blue lines. Model simulations by Roberto Taverna (University of Padua, Italy) and Denis Gonzalez Caniulef (UCL/MSSL, UK) show how these align along a preferred direction as the light passes through the region around the neutron star. As they become aligned the light becomes polarised, and this polarisation can be detected by sensitive instruments on Earth.

Roberto Mignani z italského Národního ústavu pro astrofyziku (INAF) a jeho tým využili dalekohled ESO/VLT (Very Large Telescope) pracující na observatoři Paranal v Chile ke zkoumání neutronové hvězdy RX J1856.5-3754, která leží asi 400 světelných let od Slunce.

Přestože se jedná o jednu z nejbližších známých neutronových hvězd, je tak mimořádně slabá, že její pozorování pomocí přístroje FORS2 a dalekohledu VLT bylo doslova na hranici technických možností současných astronomických zařízení.
Neutronové hvězdy jsou velmi hustými pozůstatky jader hvězd alespoň desetkrát hmotnějších než Slunce, které v závěrečné fázi svého vývoje explodovaly jako supernovy. Nesou mimořádně silné magnetické pole – miliardkrát silnější než například u Slunce, které proniká jejich povrchovými vrstvami do okolního prostoru.

Magnetická pole neutronových hvězd jsou tak silná, že mohou ovlivňovat dokonce vlastnosti prázdného prostoru v okolí. Vakuum většinou považujeme za naprosto prázdné a světlo jím může procházet bez jakékoliv změny. Z pohledu kvantové elektrodynamiky je však prázdný prostor naplněn neustále vznikajícími a zanikajícími virtuálními nabitými částicemi. Kvantová teorie popisuje rovněž interakce mezi těmito nabitými částicemi a fotony. Velmi silná magnetická pole mohou ovlivňovat vlastnosti prostoru takovým způsobem, že i ve vakuu může docházet ke změnám polarizace světla, které jím prochází.

2

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 předpovězených v rámci kvantové elektrodynamiky, ale jako jeden z mála dosud nebyl pozorován. Pokusy o jeho detekci v laboratorních podmínkách jsou neúspěšné již 80 let, od doby, kdy existenci jevu předpověděli Werner Heisenberg a Hans Heinrich Euler.
„Jev lze detekovat pouze za přítomnosti mimořádně silných magnetických polí, jaká se vyskytují například v okolí neutronových hvězd. To znovu ukazuje, že neutronové hvězdy představují pro vědce nenahraditelné přírodní laboratoře, ve kterých je možné testovat základní zákony přírody,“ říká Roberto Turolla z padovské univerzity.

Po pečlivé analýze dat 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.

3

Vincenzo Testa taktéž působící na INAF pozorování dále komentuje: „Jedná se o vůbec nejslabší astronomický objekt, u jakého kdy byla polarizace světla měřena. Stupeň lineární polarizace, který jsme naměřili, není možné jednoduše vysvětlit pomocí dostupných modelů, pokud nebereme v úvahu také vakuový dvojlom předpovězený kvantovou elektrodynamikou,“ říká dále Roberto Mignani.

Vědci s napětím očekávají další vylepšení možností výzkumu v této oblasti, které přinese příští generace přístrojů a větších dalekohledů. „Měření polarizace pomocí skutečně velkých dalekohledů, jakým bude například teleskop ESO/E-ELT (European Extremely Large Telescope), mohou hrát zásadní úlohu při testování předpovědí kvantové elektrodynamiky stran efektů způsobených dvojlomem vakua u mnohem většího počtu neutronových hvězd. Měření, která jsme provedli ve viditelném světle, rovněž připravují půdu pro obdobné experimenty na vlnových délkách rentgenového záření,“ dodává Kinwah Wu z londýnské univerzity.

Publikováno:
Další články autora
Právě v prodeji
Tip redakce

Související články

Vrátí se Plutu status planety?

Vrátí se Plutu status planety?

Na astronomickém kongresu, který se v roce 2006 konal v Praze, bylo...
Rok 2017 v kosmonautice: smělé plány i nejistota

Rok 2017 v kosmonautice: smělé...

Rok 2017 je realitou a řada vědních i technických oborů jej vyhlíží s...
Kráter zvaný Vredefort: Největší jizva na naší planetě

Kráter zvaný Vredefort: Největší...

Náš nejbližší vesmírný souputník Měsíc má svou tvář výrazně zjizvenou...
3D mapa ukazuje rozložení temné hmoty

3D mapa ukazuje rozložení temné...

Nová mapa temné hmoty, kterou vytvořil mezinárodní tým vědců, nabízí nejvyšší...
Pohled do doby, kdy byl vesmír ještě batole

Pohled do doby, kdy byl vesmír...

Astronomové využili radioteleskop ALMA k detekci značného množství prachu ve...
Evropská družice hlídající Zemi

Evropská družice hlídající Zemi

V úterý byla vypuštěna družice Sentinel-2B, čímž se zdvojnásobil...
NASA plánuje vytvořit nejchladnější místo ve vesmíru

NASA plánuje vytvořit...

Zatímco v našich končinách dosahují v letních měsících teploty nejvyšších...
Pojmenujte nově objevené planety!

Pojmenujte nově objevené planety!

Nedávno odhalený planetární systém kolem hvězdy Trappist 1 se stal hitem...
Proč se věk nobelistů neustále zvyšuje?

Proč se věk nobelistů neustále...

Co mají všichni nositelé Nobelovy ceny za rok 2016 společného? Jsou...
45 let od zahájení éry mezihvězdných letů

45 let od zahájení éry...

Třetí březnový den roku 1972 se do kosmu vydala americká sonda...

Nenechte si ujít další zajímavé články

Jen pro chytré: Víte, kdo zavedl výuku češtiny ve Vídni?

Jen pro chytré: Víte, kdo zavedl...

Na pražském Slovanském sjezdu se po boku svého...
Lednice, pračka i žárovka. Je už vaše domácnost „chytrá“?

Lednice, pračka i žárovka. Je už vaše...

Dokážete si představit, že byste stisknutím...
Elegantní lodní výtah dokáže uzvednout až 600 tun!

Elegantní lodní výtah dokáže...

Nedaleko města Falkirk ve Skotku se nachází...
Jedinečné fotografie ukazují pýchu Severní Ameriky

Jedinečné fotografie ukazují...

Jedním ze symbolů severoamerického kontinentu jsou...
Bitva o Británii: Sebevědomý Hitler si poprvé vylámal zuby!

Bitva o Británii: Sebevědomý...

Německý bombardér vyklopí svou dávku nad britskou...
Kadeřnický salon si vzal bezdomovce do parády a výsledek je neuvěřitelný!

Kadeřnický salon si vzal bezdomovce...

Španěl Jose Antonio (55) žil celých 25 let v...
Budete závidět! 5 TOP apartmánů pro noc, na kterou nezapomenete

Budete závidět! 5 TOP apartmánů...

Jsou hříšné, nádherné, a také pekelně drahé. Řeč...
Jak to vypadá, když černá díra dostane chuť na hvězdu?

Jak to vypadá, když černá díra...

Až dosud se vědci domnívali, že mimořádně jasný...
Chcete přežít? 5 rad, které vám mohou zachránit život!

Chcete přežít? 5 rad, které vám...

Asi každý ví, že nemá pít vodu, pokud jedl...
Poznejte své IQ

Poznejte své IQ

V našem profesionálně sestaveném testu ihned zjistíte přesné výsledky a obdržíte certifikát.