Astronomen hebben mogelijk het meest overtuigende bewijs verkregen voor een van de vreemdste voorspellingen uit de kwantummechanica: zelfs 'lege' ruimte kan de voortplanting van licht beïnvloeden.
Het gaat hier om vacuümbirefringentie, een effect dat bijna 90 jaar geleden werd voorspeld door Werner Heisenberg. Volgens de theorie is een ideaal vacuüm niet leeg: er ontstaan en verdwijnen voortdurend virtuele deeltjes in, die in een supersterk magnetisch veld de polarisatie van licht kunnen veranderen.
Onderzoekers van een internationaal team, waaronder dr. Marcus Lower van de Swinburne University, bestudeerden de magnetar 1E 1547.0-5408 — een neutronenster met een magnetisch veld dat biljoenen malen sterker is dan dat van de aarde. De waarnemingen werden uitgevoerd met de röntgenpolarisatiemeter IXPE van NASA, de NICER-telescoop op het ISS en de Australische radiotelescoop Murriyang.
Radiowaarnemingen toonden aan dat de magnetische as en de rotatieas van de magnetar bijna samenvallen, en dat een waarnemer hem bijna 'vanaf de pool' ziet. Deze geometrie is ideaal voor het zoeken naar het effect.
Röntgendata van de IXPE onthulden een extreem hoge mate van polarisatie, waarbij de polarisatierichting nauwgezet het magnetische veld van de ster volgde — precies zoals zou moeten gebeuren bij vacuümbirefringentie.
"Om het effect te detecteren is een veld nodig dat 100 miljoen keer sterker is dan alles wat we op aarde kunnen creëren. De natuur heeft ons magnetars gegeven — de ideale kosmische laboratoria", merkte dr. Lower op.
De resultaten zijn gepubliceerd in het tijdschrift Nature. Als de interpretatie wordt bevestigd, zal dit het eerste directe bewijs zijn voor een fenomeen dat al in de jaren 1930 werd voorspeld.
Aanvullende waarnemingen en nauwkeurigere modellen zullen helpen om het kwantumsignaal te scheiden van andere processen rond de magnetar. Wat betekent dit voor ons begrip van de fundamentele aard van de ruimte?
De ontdekking opent een nieuwe weg voor het bestuderen van het kwantumvacuüm onder de meest extreme omstandigheden in het universum.
