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...
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...
Vakuum vykazuje podivné kvantové vlastnosti

Vakuum vykazuje podivné kvantové...

Týmu astronomů pracujícímu s dalekohledem ESO/VLT se ve světle vyzařovaném...

Nenechte si ujít další zajímavé články

Jaká auta měla nejhorší výsledky crash testů?

Jaká auta měla nejhorší výsledky...

Ještě před tím, než se nový automobil začne prodávat, musí projít tzv....
Největší diktátor světa na Letné vydrží jen chvíli

Největší diktátor světa na Letné...

Prezident Antonín Zápotocký kráčí po Letenské pláni přesně do míst, kde se...
Kam nejdál ve vesmíru doletěla lidská technika?

Kam nejdál ve vesmíru doletěla...

Lidstvo se snaží pochopit, jak vesmír vznikl a jak funguje. Vysílá...
Rozvášnění obyvatelé města sežrali během Pařížské komuny zvěř v ZOO

Rozvášnění obyvatelé města sežrali...

Ludvík XIV. si v roce 1665 se zájmem prohlíží svoji nově zbudovanou menažérii u...
Nadívaní kapouni, pečení vrabci i kaše ze žaludů: Co se u nás jedlo ve středověku?

Nadívaní kapouni, pečení vrabci i...

Zatímco majetní čeští stavové si dopřávali hojnost masa,...
Přínos, nebo pohroma? Husity ve vypálení sv. Víta zastaví na poslední chvíli!

Přínos, nebo pohroma? Husity ve...

Pražští konšelé s hrůzou v očích sledují, jak husitští zbrojnoši ukládají otepi...
V čem nám pomáhají jedovatá zvířata? Z jejich jedů se vyrábějí léky!

V čem nám pomáhají jedovatá zvířata?...

Setkání s jedovatým zvířetem může pro člověka dopadnout tragicky. Současná medicína...
Neuvěřitelné rostliny: Co dokážou?

Neuvěřitelné rostliny: Co dokážou?

Rostliny jsou všude a většinou nad nimi často moc...
Španělský středověk v Americe? Když přijedou stěhováci, možné je všechno

Španělský středověk v Americe? Když...

Až se někdy dostanete do Miami, určitě navštivte i klášter...
Poznejte své IQ

Poznejte své IQ

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