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

Když dojde ke střetu dvou hvězd

Když dojde ke střetu dvou hvězd

Pomocí vesmírného teleskopu Chandra se týmu astronomů podařilo zaznamenat...
Doklad Einsteinovy teorie relativity s dosud největší přesností

Doklad Einsteinovy teorie relativity...

Evropský navigační systém Galileo, jehož administrativní centrála sídlí v...
Pomocí dalekohledu VLT vědci provedli dosud nejpřesnější test Einsteinovy obecné teorie relativity mimo naši Galaxii

Pomocí dalekohledu VLT vědci provedli...

Astronomové využili přístroj MUSE pracující ve spojení s dalekohledem ESO/VLT v...
Srážka neuronových hvězd pod dohledem

Srážka neuronových hvězd pod...

Letos oznámená Nobelova cena za fyziku předznamenala, že bude možné zachytit...
Kdo má židli, ten bydlí… na Marsu.

Kdo má židli, ten bydlí… na Marsu.

Plány na osídlení Marsu se z románových a teoretických rovin začínají...
Jak černé díry vytvářejí nové hvězdy

Jak černé díry vytvářejí nové...

Výzkum provedený pomocí dalekohledu ESO/VLT odhalil procesy formování hvězd v...
Hvězdy, jejichž rodičem je černá díra

Hvězdy, jejichž rodičem je černá...

Výzkum provedený pomocí dalekohledu ESO/VLT odhalil procesy formování hvězd v...
Jakou roli sehrála temná hmota v raných fázích vesmíru?

Jakou roli sehrála temná hmota v...

Nová pozorování naznačují, že v nejvýznamnějším období vzniku galaxií – před...
3D mapa ukazuje rozložení temné hmoty

3D mapa ukazuje rozložení temné...

Nová mapa temné hmoty, kterou vytvořil mezinárodní tým vědců, nabízí nejvyšší...
Na Ceresu byly nalezeny organické sloučeniny

Na Ceresu byly nalezeny organické...

Trpasličí planeta Ceres se oficiálně zařadila na seznam těles ve...

Nenechte si ujít další zajímavé články

Záhady kultury Guangala: Proč zdatní keramici pohřbívali děti s přilbami?

Záhady kultury Guangala: Proč zdatní...

Mimořádný nález nedávno ohlásil tým archeologů ze Severokarolínské univerzity v USA...
Muži na zádech vyrostl dračí roh. Nádor na kůži mu odstranil lékař

Muži na zádech vyrostl dračí roh....

Léze na zádech, která se v několika letech přeměnila na útvar enormní velikosti. Útvar,...
Maxmilián II. představil Čechům slona i lva

Maxmilián II. představil Čechům...

Z kráteru na vrcholu sopky šlehají plameny a stoupá dým. Na jejích strmých...
Největší zvířecí milovníci sněhu a zimních radovánek

Největší zvířecí milovníci sněhu a...

Málokterý člověk nemiluje sníh křupající pod nohama, lyžování nebo pořádnou...
Nová metoda měření alkoholu v těle

Nová metoda měření alkoholu v těle

Český biochemik Jan Halámek působící jako profesor na University of Albany ve...
Požár na řece Cuyahoga: Malý katalyzátor velkých změn

Požár na řece Cuyahoga: Malý...

Vodní tok, vinoucí se průmyslovým Clevelandem po desetiletí...
7 dýmajících vulkánů, které stojí za návštěvu!

7 dýmajících vulkánů, které stojí...

Sopky mohou způsobit obrovské katastrofy a ničit vše ve svém okolí....
V Číně jezdí bez strojvůdce

V Číně jezdí bez strojvůdce

Byl představen zbrusu nový rychlovlak dosahující rychlosti až 350 km/h,...
Zlověstné chrliče: Umí trestat každého, kdo podlehne pokušení!

Zlověstné chrliče: Umí trestat...

Jsou symbolem kýče, hrůzy, také ale moci a bohatství. Chrliče. Pompézní...
Poznejte své IQ

Poznejte své IQ

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