eso1641ru — Научный релиз

Первое свидетельство необычного квантового свойства вакуума?

Выполненные на VLT наблюдения нейтронной звезды, возможно, подтверждают предсказание свойств вакуума, сделанное 80 лет назад

30 ноября 2016 г.

Исследуя на Очень Большом Телескопе ESO излучение необычно плотной и обладающей очень сильным магнитным полем нейтронной звезды, астрономы, возможно, обнаружили первое наблюдательное подтверждение необычного квантового эффекта, впервые предсказанного в 1930-х годах. Наблюдаемая поляризация света говорит о том, что вакуум – пустое пространство вокруг нейтронной звезды – подвержен квантовому эффекту двойного лучепреломления.

Группа исследователей из INAF (Милан, Италия) и университета города Зелена Гура (Польша) под руководством Роберто Миньяни (Roberto Mignani) использовала Очень Большой Телескоп ESO (VLT) в обсерватории Параналь в Чили для наблюдений нейтронной звезды RX J1856.5-3754, находящейся на расстоянии около 400 световых лет от Земли [1].

Несмотря на то, что это одна из ближайших к нам нейтронных звезд, она крайне слабая и для ее наблюдений в видимых лучах понадобилась вся мощь установленного на VLT приемника FORS2, на пределе современной оптической техники.

Нейтронные звезды представляют собой сверхплотные ядра массивных — по меньшей мере в 10 раз более массивных, чем Солнце — звезд, которые в конце своей эволюции взорвались в виде сверхновых. У этих объектов также очень сильные магнитные поля, в миллиарды раз сильнее, чем у Солнца, которые пронизывают поверхностные слои этих звезд и окружающее их пространство.

Эти поля так сильны, что они влияют даже на свойства пустоты – вакуума – вокруг нейтронных звезд. В нормальном состоянии вакуум ничем не проявляет себя, свет распространяется через него без изменений. Но согласно квантовой электродинамике (QED) – квантовой теории, описывающей взаимодействие между фотонами и заряженными частицами, такими, как электроны – вакуум заполнен постоянно возникающими и исчезающими виртуальными частицами. Очень сильные магнитные поля могут модифицировать свойства пространства и поляризовать проходящий сквозь него свет.

Миньяни объясняет: В рамках QED сильно намагниченный вакуум по отношению к проходящему сквозь него свету ведет себя как призма. Этот эффект и называется двойным лучепреломлением в вакууме.

Однако, до сих пор, в отличие от многих других предсказаний QED, двойное лучепреломление в вакууме не получало прямого экспериментального подтверждения. В течение 80 лет после того, как это явление было предсказано в статье Вернера Гейзенберга (Werner Heisenberg), знаменитого своим принципом неопределенности, и Ганса Генриха Эйлера (Hans Heinrich Euler), все попытки зарегистрировать его в лаборатории проваливались.

"Этот эффект можно зарегистрировать только в присутствии исключительно сильного магнитного поля, как раз такого, которое существует вокруг нейтронных звезд. Так мы еще раз убеждаемся, что нейтронные звезды представляют собой уникальные естественные лаборатории для исследования фундаментальных законов природы", -- говорит Роберто Туролла (Roberto Turolla), сотрудник университета г.Падуя (Италия).

Тщательно проанализировав данные, полученные на VLT, Миньяни и его группа обнаружили значительную – на уровне примерно 16% -- линейную поляризацию, которую они интерпретировали как следствие эффекта вакуумного двойного лучепреломления в пространстве, окружающем RX J1856.5-3754 [2].

Винченцо Теста (Vincenzo Testa) из INAF (Рим, Италия) комментирует: "Эта звезда – вообще самый слабый объект, для которого когда-либо была измерена поляризация. Для этого потребовался один из крупнейших и совершеннейших в мире телескопов, VLT, и точнейшие методы анализа данных, позволившие выделить столь слабый сигнал".

"Измеренную нами на VLT высокую линейную поляризацию непросто объяснить с помощью существующих моделей, не привлекая предсказываемого QED двойного лучепреломления в вакууме", -- добавляет Миньяни.

"Исследование, выполненное на VLT – самое первое наблюдательное подтверждение предсказаний эффектов QED в крайне сильных магнитных полях", -- отмечает Сильвия Зейн (Silvia Zane, UCL/MSSL, Великобритания).

Миньяни настроен очень оптимистически в отношении дальнейшего прогресса в этой области исследований, которого следует ожидать с появлением еще более мощных телескопов: “Измерения поляризации с телескопами следующего поколения, такими, как Европейский Чрезвычайно Большой Телескоп ESO, могут сыграть ключевую роль в проверке предсказаний QED о проявлениях эффекта двойного лучепреломления в вакууме вокруг гораздо большего числа нейтронных звезд”.

"Эта работа, впервые выполненная в видимой области спектра, указывает путь для подобных измерений в рентгеновском диапазоне", -- добавляет Кинва Ву (Kinwah Wu, UCL/MSSL, Великобритания).

Примечания

[1] Объект входит в группу нейтронных звезд, известную под названием Великолепной Семерки. Это изолированные нейтронные звезды (INS), не имеющие звездного компаньона, не излучающие, в отличие от пульсаров, радиоволн и не окруженные веществом, оставшимся после взрыва породивших их сверхновых.

[2] Существуют и другие процессы, которые могут привести к поляризации света звезд в ходе его распространения в космосе. Ученые тщательно проанализировали возможности других объяснений — например, поляризации при рассеянии на пылевых частицах — но пришли к выводу, что наблюдаемая поляризация ими вряд ли может быть описана.

Узнать больше

Результаты исследования представлены в статье “Evidence for vacuum birefringence from the first optical polarimetry measurement of the isolated neutron star RX J1856.5−3754”, R. Mignani и др., которая публикуется в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Состав исследовательской группы: R.P. Mignani (INAF - Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica Cosmica Milano, Milano, Italy; Janusz Gil Institute of Astronomy, University of Zielona Góra, Zielona Góra, Poland), V. Testa (INAF - Osservatorio Astronomico di Roma, Monteporzio, Italy), D. González Caniulef (Mullard Space Science Laboratory, University College London, UK), R. Taverna (Dipartimento di Fisica e Astronomia, Università di Padova, Padova, Italy), R. Turolla (Dipartimento di Fisica e Astronomia, Università di Padova, Padova, Italy; Mullard Space Science Laboratory, University College London, UK), S. Zane (Mullard Space Science Laboratory, University College London, UK) и K. Wu (Mullard Space Science Laboratory, University College London, UK).

Европейская Южная Обсерватория (ESO, European Southern Observatory) -- ведущая межгосударственная астрономическая организация Европы и самая продуктивная в мире астрономическая обсерватория. В ее работе участвуют 16 стран: Австрия, Бельгия, Бразилия, Великобритания, Германия, Дания, Испания, Италия, Нидерланды, Польша, Португалия, Финляндия, Франция, Чешская Республика, Швейцария и Швеция, а также Чили, предоставившая свою территорию для размещения обсерваторий ESO. ESO проводит в жизнь масштабную программу проектирования, строительства и эксплуатации мощных наземных наблюдательных инструментов, позволяющих астрономам выполнять важнейшие научные исследования. ESO также играет ведущую роль в организации и поддержке международного сотрудничества в области астрономических исследований. ESO располагает тремя уникальными наблюдательными пунктами мирового класса, находящимися в Чили: Ла Силья, Параналь и Чахнантор. В обсерватории Параналь, самой передовой в мире астрономической обсерватории для наблюдений в видимой области спектра, установлен Очень Большой Телескоп ESO (The Very Large Telescope, VLT) и два широкоугольных телескопа с большим полем зрения: крупнейший в мире телескоп для выполнения обзоров неба в инфракрасных лучах VISTA и Обзорный Телескоп VLT (VLT Survey Telescope) -- крупнейший инструмент, предназначенный для обзоров неба в видимом свете. ESO является европейским партнером крупнейшего астрономического проекта современности – системы радиотелескопов миллиметрового и субмиллиметрового диапазона ALMA. На Серро Армазонес, недалеко от Параналя, ESO ведет строительство E-ELT (European Extremely Large optical/near-infrared Telescope) – 39-метрового Европейского Чрезвычайно Большого Телескопа для оптического и ближнего ИК диапазонов, который станет «величайшим оком человечества, устремленным в небо».

Ссылки

Контакты

Kirill Maslennikov
Pulkovo Observatory
St.-Petersburg, Россия
Телефон: 89112122130
Сотовый: 89112122130
Email: kirill.maslennikov1@gmail.com

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

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

Roberto Turolla
University of Padova
Padova, Italy
Телефон: +39-049-8277139
Email: turolla@pd.infn.it

Richard Hook
ESO Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Телефон: +49 89 3200 6655
Сотовый: +49 151 1537 3591
Email: rhook@eso.org

Connect with ESO on social media

Перевод пресс-релиза ESO eso1641.

О релизе

Релиз №:eso1641ru
Название:RX J1856.5-3754
Тип:Milky Way : Star : Evolutionary Stage : Neutron Star
Facility:Very Large Telescope
Science data:2017MNRAS.465..492M

Изображения

The polarisation of light emitted by a neutron star
The polarisation of light emitted by a neutron star
только на английском
Wide field view of the sky around the very faint neutron star RX J1856.5-3754
Wide field view of the sky around the very faint neutron star RX J1856.5-3754
только на английском
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
только на английском

Видео

The polarisation of light emitted by a neutron star
The polarisation of light emitted by a neutron star
только на английском
Zooming in on the very faint neutron star RX J1856.5-3754
Zooming in on the very faint neutron star RX J1856.5-3754
только на английском

Также смотрите наши