Святло, якое паступае з паверхні нейтроннай зоркі, можа быць палярызавана моцным магнітным полем, якое праходзіць праз яе, дзякуючы з'яве вакуумнай дзерхаламы. Дэтэктары тут, на Зямлі, могуць вымераць эфектыўнае кручэнне палярызаванага святла. Малюнак: ESO / L. Кальчада.

Прагноз астрафізікі Гейзенберга нарэшце пацвердзіўся праз 80 гадоў

Адзін з самых вядомых квантавых фізікаў робіць свой след у космасе праз 80 гадоў пасля таго, як упершыню прадказаў гэта.

"Тое, што мы назіраем, - гэта не сама прырода, а прырода, падвяргаецца нашаму пытанню". -Вернер Гейзенберг

Даведаўшыся, што наш Сусвет быў квантавым па сваёй прыродзе, прынёс з сабой шмат неінтуітыўных наступстваў. Чым лепш вы вымяралі становішча часціцы, тым больш вызначальным быў імпульс. Чым карацей жыла няўстойлівая часціца, тым менш вядомая была яе маса. Цвёрдыя, матэрыяльныя аб'екты праяўляюць хвалепадобныя ўласцівасці. І, мабыць, найбольш дзівосна з усіх, пустая прастора - прастора, у якой была выдалена ўся яе матэрыя і выпраменьванне - не пустая, а хутчэй запоўнена віртуальнымі парамі часціц і антычасцінак. 80 гадоў таму фізік Вернер Гейзенберг (які вызначыў дзве адносіны асноўнай нявызначанасці) разам з Гансам Эйлерам прадказаў, што з-за гэтых віртуальных часціц моцныя магнітныя палі павінны ўплываць на тое, як святло распаўсюджваецца праз вакуум. Дзякуючы астраноміі зоркі нейтронаў, гэты прагноз толькі што пацверджаны.

Нейтронная зорка, нягледзячы на ​​тое, што ў асноўным складаецца з нейтральных часціц, стварае наймацнейшыя магнітныя палі ў Сусвеце. Крэдыт малюнка: НАСА / Кейсі Рыд - Універсітэт штата Пэн.

Мы можам прыняць назву "нейтронная зорка" даволі літаральна, і выказаць здагадку, што яна зроблена выключна з нейтронаў, але гэта не зусім правільна. Знешнія 10% нейтроннай зоркі складаюцца ў асноўным з пратонаў і нават электронаў, якія могуць стабільна існаваць без раздушэння на паверхні. Паколькі нейтронныя зоркі круцяцца вельмі хутка - больш за 10% ад хуткасці святла - гэтыя зараджаныя часціцы заўсёды ў руху, гэта значыць, яны вырабляюць электрычныя токі і магнітныя палі. Самі магнітныя палі павінны па-рознаму ўздзейнічаць на пары часціц / антычасцінак, якія прысутнічаюць у пустым прасторы, паколькі яны маюць супрацьлеглы зарад. І калі ў вас ёсць свет, які праходзіць праз гэтую вобласць космасу, ён павінен атрымаць палярызацыю ў залежнасці ад сілы поля.

Эксперыменты з непасрэдным лазерным імпульсам імкнуцца вымераць вакуумнае святлоадлучэнне ў лабараторных умовах, але да гэтага часу былі няўдалымі. Крэдыт малюнка: зондаванне вакуумнай двулучепреломления пад высокаінтэнсіўным лазерным полем з гама-прамянёвай палярыметрыяй па шкале GeV, Ёсіхідэ Накамія, Кенсуке Хомма, Тосео Морытака і Кейта Сэта, па адрасе https://arxiv.org/abs/1512.00636.

Гэты эфект вядомы як вакуумная двулучепреломление і адбываецца, калі зараджаныя часціцы трапляюць у розныя бакі моцнымі лініямі магнітнага поля. Паколькі эфект маштабуецца як квадрат сілы магнітнага поля, для гэтага ўздзеяння мае сэнс паглядзець на нейтронныя зоркі. У той час як магнітнае поле Зямлі складае каля 100 мікраТесла, наймацнейшыя магнітныя палі, якія мы вырабляем на Зямлі, складаюць толькі каля 100 Тэсла: моцныя, але недастаткова моцныя. Але пры экстрэмальных умовах нейтронных зорак вялікія прасторы космасу ўтрымліваюць магнітныя палі звыш 10 ° Цеслы, што робіць гэта ідэальным месцам для пошуку.

VLT малюнак вобласці вакол вельмі слабой нейтроннай зоркі RX J1856.5–3754. Сіні круг, дададзены Э. Зігелем, паказвае месцазнаходжанне нейтроннай зоркі. Малюнак: ESO.

Хоць з паверхні нейтроннай зоркі выпраменьваецца не так шмат святла, святло, якое выпраменьваецца, павінна праходзіць праз моцнае магнітнае поле на шляху да нашых тэлескопаў, дэтэктараў і вачэй. Паколькі ў космасе праяўляецца гэты эфект вакуумнага бляклага святла, святло, якое праходзіць праз яго, павінна стаць палярызаваным, і ўсе яны павінны праяўляць агульны кірунак палярызацыі. Вымераючы святло ад вельмі слабой нейтроннай зоркі RX J1856.5–3754 пры дапамозе тэлефона вельмі вялікага ў Чылі, каманда на чале з Раберта Міньяні змагла ўпершыню вымераць ступень палярызацыі. Фактычныя дадзеныя паказваюць вялікі эфект: ступень палярызацыі каля 15%.

Вымярэнне палярызацыі вакол нейтроннай зоркі RX J1856.5–3754. Малюнак на малюнку: малюнак 3 з доказу вакуумнай дзеркальнай прамяні ад першага вымярэння аптычнай полярыметрыі ізаляванай нейтроннай зоркі RX J1856.5-3754, RP Mignani і інш., MNRAS 465, 492 (2016).

Калі вы падлічыце, якім павінен быць эфект вакуумнай пераломкі, і адняць яго, як гэта робяць аўтары, вы можаце выразна ўбачыць, што на яго прыпадае амаль уся палярызацыя. Дадзеныя і прагнозы супадаюць практычна выдатна.

Без эфектаў вакуумнай палярызацыі практычна ні адзін сігнал не быў бы бачны. Дадзеныя і тэорыя супадаюць. Малюнак на малюнку: малюнак 3 з доказу вакуумнай дзеркальнай прамяні ад першага вымярэння аптычнай полярыметрыі ізаляванай нейтроннай зоркі RX J1856.5-3754, RP Mignani і інш., MNRAS 465, 492 (2016).

Прычына гэтай нейтроннай зоркі - у адрозненне ад іншых - настолькі дасканалая для гэтага вымярэння, што большасць нейтронных зорак засланяецца паверхняй шчыльнай магнітасферы, напоўненай плазмай. Калі б мы паспрабавалі паглядзець на пульсар у тумане Краба, мы б наогул не зрабілі гэтага назірання. Вобласць вакол яго проста непразрыстая для тыпаў святла, якія мы хацелі б вымераць.

Гейзенберг і Эйлер зрабілі гэта прадказанне яшчэ ў 1936 годзе, і яно прайшло цалкам неправераным да гэтага часу. Дзякуючы гэтаму пульсару, мы маем пацверджанне, што святло, палярызаванае ў тым жа кірунку, што і магнітнае поле, на яго распаўсюджванне ўплывае квантавая фізіка, у дакладнасці супадае з прагнозамі квантавай электрадынамікі. Тэарэтычнае прагназаванне 80-гадовай даўніны дадае яшчэ адну пяру ў шапцы Гейзенберга, які цяпер пасмяротна можа дадаць да свайго рэзюмэ “астрафізіка”. Але RX J1856.5–3754 у будучыні можа яшчэ больш моцна пацвердзіць вакуумную прамянёвую здольнасць, гледзячы ў рэнтген.

Будучы рэнтгенаўскі тэлескоп Афіны з Еўрапейскага касмічнага агенцтва. Малюнак: MPE і каманда Athena.

Сёння ў нас няма касмічнага тэлескопа, здольнага вымяраць рэнтгеналагічную палярызацыю, але наступная місія Афіны ESA зробіць менавіта гэта. У адрозненне ад палярызацыі ~ 15% бачнае святло праяўляецца, рэнтгенаўскія прамяні павінны быць ~ 100% палярызаванымі. У цяперашні час Афіна плануецца запусціць у 2028 годзе і ў спалучэнні з гіганцкімі наземнымі абсерваторыямі, такімі як гіганцкі тэлескоп Магелан і ELT, павінны даць гэта пацверджанне для многіх такіх нейтронных зорак. Гэта яшчэ адна перамога неінтэнтыўнага, але займальнага квантавага Сусвету.

Даведка: Доказы сведчання вакуумнай дзеркала з першага вымярэння аптычнай полярыметрыі ізаляванай нейтроннай зоркі RX J1856.5−3754, Р. П. Міньяні, В. Тэста, Д. Ганзалес Канюлеф, Р. Таверна, Р. Туролла, С. Зейн і К. Ву, MNRAS 465, 492 (2016).

Гэтая публікацыя ўпершыню з'явілася ў Forbes і прадастаўляецца вам прыхільнікамі Patreon без рэкламы. Каментуйце наш форум і купіце нашу першую кнігу: Beyond The Galaxy!