eso1641nb — Pressemelding

Første tegn på merkelig kvanteegenskap hos det tomme rom?

VLT-observasjoner av nøytronstjerne kan bekrefte 80 år gammel forutsigelse om vakuum

30. november 2016

Astronomer har ved hjelp av ESOs Very Large Telescope undersøkt lyset fra en eksepsjonelt tett og svært magnetisk nøytronstjerne. De kan ha funnet de første observasjonelle indikasjoner på en snodig kvanteeffekt som ble forutsagt for første gang på 1930-tallet. Polarisasjonen til det observerte lyset tyder på at det tomme rommet omkring nøytronstjernen påvirkes av en kvanteeffekt kalt vakuumdobbeltbrytning.

Et forskerteam ledet av Roberto Mignani (INAF Milan i Italia og University of Zielona Gora i Polen) har anvendt ESOs Very Large Telescope (VLT) ved Paranal-observatoriet i Chile for å observere nøytronstjernen RX J1856.5-3754 [1]. Avstanden fra Jorda er om lag 400 lysår.

Selv om den er blant de nærmeste nøytronstjerner man kjenner til, er lysstyrken ekstremt lav. Observasjonene av stjernens lys med FORS2-instrumentet på VLT lå helt på grensen av det som er mulig med dagens teleskopteknologi.

En nøytronstjerne er en særdeles kompakt kjernerest som blir til overs når en stor stjerne med minst 10 ganger Solas masse eksploderer som supernova på slutten av sitt liv. Disse supertette objektene har utrolig sterke magnetfelter – gjerne mange milliarder ganger sterkere enn Solas – som strekker seg gjennom stjerneoverflaten og videre ut i rommet.

Magnetfeltene er så kraftige at de også påvirker egenskapene til selve rommet, vakuumet, rundt stjernen. Vanligvis tenker vi at et vakuum er fullstendig tomt og at lys kan passere gjennom det uten å bli påvirket på noe vis. Men ifølge kvanteelektrodynamikken (eller QED, «quantum electrodynamics»), altså kvanteteorien som beskriver hvordan lysfotoner og ladde partikler (f.eks. elektroner) vekselvirker, er rommet fullt av virtuelle partikler som stadig dukker opp og forsvinner. Svært sterke magnetfelter kan endre dette rommet slik at det påvirker polarisasjonen til lys som brer seg gjennom det.

«Vakuum i kombinasjon med et svært sterkt magnetfelt påvirker lys omtrent som et prisme, ifølge QED-teorien. Effekten kalles vakuumdobbeltbrytning eller vakuumpolarisasjon,» forklarer Mignani.

Vakuumdobbeltbrytning er en av mange effekter QED forutsier. Forskere har imidlertid ikke klart å påvise effekten i laboratorieforsøk selv om det er 80 år siden Werner Heisenberg (best kjent for sitt usikkerhetsprinsipp) og Hans Heinrich Euler for første gang beskrev den.

«Effekten kan påvises kun hvis det er usedvanlig sterke magnetfelter til stede, slik som dem vi finner rundt nøytronstjerner. Nå har trolig nøytronstjerner på ny vist seg som uvurderlige laboratorier for å studere naturens grunnleggende lover,» sier Roberto Turolla (University of Padua, Italia).

Etter grundige analyser av nøytronstjernens lys oppdaget astronomteamet lineær polarisasjon med et signifikansnivå på rundt 16 prosent. Ifølge teamet skyldes dette trolig vakuumpolarisasjon som opptrer i det tomme rom rundt RX J1856.5-3754 [2].

«Dette er det mest lyssvake objektet man noen gang har klart å måle polarisasjonen til. Det krevde et av verdens største og mest effektive teleskoper, VLT, og meget nøyaktige dataanalysemetoder for å forsterke signalet fra en så lyssvak stjerne,» kommenterer Vincenzo Testa (INAF, Roma, Italia).

«Den tydelige lineære polarisasjonen som vi målte med VLT, er vanskelig å forklare i våre modeller med mindre vi inkluderer vakuumpolarisasjonseffektene som QED forutsier,» tilføyer Mignani.

«Studien vår med VLT har gitt oss den aller første observasjonelle støtte til denne type QED-effekter i ekstremt sterke magnetfelter,» bemerker Silvia Zane (UCL/MSSL, Storbritannia).

Mignani ser spent fram til hva enda mer avanserte teleskoper kan bidra med innen forskningsfeltet: «Polarisasjonsmålinger med neste generasjon teleskoper, deriblant ESOs European Extremely Large Telescope, kan komme til å spille en sentral rolle i å teste QED-teoriens forutsigelser når det gjelder vakuumpolarisasjonseffekter rundt en rekke andre nøytronstjerner.»

«Polarisasjonsmålingen som nå er gjort for aller første gang i synlig lys, baner dessuten vei for lignende undersøkelser som snart skal gjøres på røntgenbølgelengder,» avslutter Kinwah Wu (UCL/MSSL, Storbritannia).

Fotnoter

[1] Objektet er en av syv nøytronstjerner som går under kallenavnet The Magnificent Seven. Dette er isolerte nøytronstjerner, som ikke har noen stjernekompanjonger, ikke sender ut radiostråling (noe pulsarer derimot gjør) og ikke omgis av restmateriale fra supernovaen som gav opphav til den.

[2] Det finnes andre prosesser som kan polarisere stjernelys som brer seg gjennom verdensrommet. Forskerteamet vurderte nøye andre muligheter, deriblant polarisasjon forårsaket av at lyset spres av kosmiske støvkorn, men kom fram til at det er usannsynlig at noen av disse sto bak polarisasjonssignalet som ble observert med VLT.

Mer informasjon

Studien presenteres i en forskningsartikkel i journalen Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: «Evidence for vacuum birefringence from the first optical polarimetry measurement of the isolated neutron star RX J1856.5−3754» av R. Mignani et al.

Forskerteamet består av R.P. Mignani (INAF - Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica Cosmica Milano, Milano, Italia; Janusz Gil Institute of Astronomy, University of Zielona Góra, Zielona Góra, Polen), V. Testa (INAF - Osservatorio Astronomico di Roma, Monteporzio, Italia), D. González Caniulef (Mullard Space Science Laboratory, University College London, Storbritannia), R. Taverna (Dipartimento di Fisica e Astronomia, Universita di Padova, Padova, Italia), R. Turolla (Dipartimento di Fisica e Astronomia, Universita di Padova, Padova, Italia; Mullard Space Science Laboratory, University College London, Storbritannia), S. Zane (Mullard Space Science Laboratory, University College London, Storbritannia) og K. Wu (Mullard Space Science Laboratory, University College London, Storbritannia).

ESO, European Southern Observatory, er den fremste mellomstatlige astronomiorganisasjonen i Europa og verdens desidert mest produktive astronomiske observatorium. Organisasjonen er finansiert av 16 land: Belgia, Brasil, Danmark, Finland, Frankrike, Italia, Nederland, Polen, Portugal, Spania, Storbritannia, Sveits, Sverige, Tsjekkia, Tyskland og Østerrike, samt vertsnasjonen Chile. ESOs ambisiøse virksomhet fokuserer på design, bygging og drifting av effektive bakkebaserte observasjonsanlegg for å muliggjøre banebrytende vitenskapelige oppdagelser. ESO spiller også en ledende rolle i å fremme og organisere samarbeid innenfor astronomisk forskning. ESO driver tre unike, verdensledende observatorier i Chile: La Silla, Paranal og Chajnantor. Ved Paranal har ESO oppført Very Large Telescope, verdens mest avanserte astronomiske observatorium for synlig lys, og to såkalte kartleggingsteleskoper. VISTA observerer i infrarødt og er verdens største kartleggingsteleskop, mens VLT Survey Telescope er det største teleskopet som er designet utelukkende for himmelkartlegginger i synlig lys. ESO er en viktig partner i ALMA, nåtidens største astronomiprosjekt. På Cerro Armazones, ikke langt fra Paranal, er ESO i ferd med å bygge European Extremely Large Telescope (E-ELT). Med en speildiameter på 39 meter vil dette bli det største «øye» i verden som skuler opp på himmelen.

Linker

Kontakter

Jan-Erik Ovaldsen
Oslo, Norge
E-post: eson-norway@eso.org

Andreas O. Jaunsen
Oslo, Norge
E-post: eson-norway@eso.org

Roberto Mignani
INAF - Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica Cosmica Milano
Milan, Italy
Tlf.: +39 02 23699 347
Mob.: +39 328 9685465
E-post: mignani@iasf-milano.inaf.it

Vincenzo Testa
INAF - Osservatorio Astronomico di Roma
Monteporzio Catone, Italy
Tlf.: +39 06 9428 6482
E-post: vincenzo.testa@inaf.it

Roberto Turolla
University of Padova
Padova, Italy
Tlf.: +39-049-8277139
E-post: turolla@pd.infn.it

Richard Hook
ESO Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Tlf.: +49 89 3200 6655
Mob.: +49 151 1537 3591
E-post: rhook@eso.org

ESO i sosiale medier

Dette er en oversettelse av ESOs pressemelding eso1641 i regi av ESON, et nettverk av personer i ESOs medlemsland (samt noen utenfor ESO, som Norge) som fungerer som lokale mediekontakter i forbindelse med pressemeldinger og andre nyheter fra ESO.

Om pressemeldingen

Pressemld. nr.:eso1641nb
Navn:RX J1856.5-3754
Type:Milky Way : Star : Evolutionary Stage : Neutron Star
Facility:Very Large Telescope
Instruments:FORS2
Science data:2017MNRAS.465..492M

Bilder

Polarisering av lys fra en nøytronstjerne
Polarisering av lys fra en nøytronstjerne
Vidvinkelbilde av himmelen rundt den svært lyssvake nøytronstjernen RX J1856.5-3754
Vidvinkelbilde av himmelen rundt den svært lyssvake nøytronstjernen RX J1856.5-3754
VLT image of the area around the very faint neutron star RX J1856.5-3754
VLT image of the area around the very faint neutron star RX J1856.5-3754
kun på engelsk

Videoer

Polarisering av lys fra en nøytronstjerne
Polarisering av lys fra en nøytronstjerne
Zoom inn på den svært lyssvake nøytronstjernen RX J1856.5-3754
Zoom inn på den svært lyssvake nøytronstjernen RX J1856.5-3754

Se også