Image credit: ESA/Hubble & NASA, Acknowledgement: Judy Schmidt
Image credit: ESA/Hubble & NASA, Acknowledgement: Judy Schmidt

První známky podivných kvantových vlastností prázdného prostoru?

Pozorování neutronové hvězdy pomocí VLT mohou potvrdit 80 let starou předpověď vlastností vakua.
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.

Roberto Mignani (INAF Milan, Itálie; University of Zielona Gora, Polsko) a jeho tým využili dalekohled ESO/VLT (Very Large Telescope) pracující na observatoři Paranal v Chile ke zkoumání neutronové hvězdy (neutron star) RX J1856.5-3754, která leží asi 400 světelných let od Slunce [1].

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 (supernovae). 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 (quantum electrodynamics, QED) 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.

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 (vacuum birefringence) 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 (University of Padua, Itálie).

Po pečlivé analýze dat získaných pomocí dalekohledu VLT 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 [2].

Vincenzo Testa (INAF, Rome, Itálie) pozorování dále komentuje: „Jedná se o vůbec nejslabší astronomický objekt, u jakého kdy byla polarizace světla měřena. Pozorování si však vyžádalo využití jednoho z největších a nejefektivnějších dalekohledů světa – VLT a přesnou techniku analýzy dat, která umožnila zvýšit úroveň signálu přicházejícího z takto slabého zdroje.“

„Stupeň lineární polarizace (linear polarisation), který jsme naměřili pomocí VLT, není možné jednoduše vysvětlit pomocí dostupných modelů, pokud nebereme v úvahu také vakuový dvojlom předpovězený kvantovou elektrodynamikou,“ říká dále Roberto Mignani.

„Náš výzkum provedený pomocí dalekohledu VLT představuje první pozorování podporující předpověď existence tohoto typu kvantového efektu vznikajícího v extrémně silných magnetických polích,“ poznamenává Silvia Zane (UCL/MSSL, UK).

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 (UCL/MSSL, UK).

Převzato ze stránek Hvězdárny Valašské Meziříčí

Poznámky

[1] Objekt patří do skupiny neutronových hvězd označované názvem ‚Magnificent Seven‘, což by se dalo volně přeložit jako ‚Pozoruhodná sedma‘. (Film s tímto anglickým názvem je v české verzi znám jako ‚Sedm statečných‘, což ale v tomto kontextu postrádá významový smysl). Jedná se o izolované neutronové hvězdy (isolated neutron stars, INS) bez hvězdných souputníků, které nevyzařují v rádiové oblasti (na rozdíl od pulsarů, což jsou rádiově aktivní neutronové hvězdy) a nejsou obklopeny hmotou zbylou po explozi supernovy (při které neutronová hvězda vznikla).

[2] Existuje celá řada procesů, při kterých může dojít k polarizaci světla šířícího se kosmickým prostředím. Členové výzkumného týmu však pečlivě zhodnotili další možnosti – například možnost polarizace následkem rozptylu záření na prachových částicích, ale dospěli k závěru, že je nepravděpodobné, aby pozorovaný signál vznikl takovým způsobem.

 

Tisková zpráva Evropské jižní observatoře 2016/41

Astrofoto: Dvojice galaxií ve Velké Medvědici

Titul Česká astrofotografie měsíce za říjen 2017 obdržel snímek „Galaxie M81“, jehož autorem je Peter …

Používáme soubory cookies pro přizpůsobení obsahu webu a sledování návštěvnosti. Data o používání webu sdílíme s našimi partnery pro cílení reklamy a analýzu návštěvnosti. Více informací

The cookie settings on this website are set to "allow cookies" to give you the best browsing experience possible. If you continue to use this website without changing your cookie settings or you click "Accept" below then you are consenting to this.

Close