Der Effekt, bekannt als "Vakuum-Doppelbrechung", wurde vor 80 Jahren vorhergesagt. Die Astronomen konnten dies jedoch nur bestätigen, indem sie das Licht eines schwachen Neutronensterns beobachteten.
Laut der Quantenphysik ist der Vakuumraum nicht vollständig leer - virtuelle Teilchen tauchen sogar in den leeren Hohlräumen aus dem Nichts auf. Es scheint sich um gespenstische Visionen zu handeln, aber die Astronomen sind der Meinung, dass sie nun in der Lage sind, die von virtuellen Partikeln verursachten Störungen im trüben Licht zu bemerken, das vom dichten Sternklumpen der zerfallenden Substanz erzeugt wird.
Es stellte sich heraus, dass es sich um einen Neutronenstern RX J1856.5-3754 handelte, der etwa 400 Lichtjahre von unserem Planeten entfernt war. Forscher haben mit dem ESO Very Large Telescope (VLT) in der Atacama-Wüste in Chile den Quanteneffekt entdeckt, der erstmals 1930 prognostiziert wurde. Es wird "Vakuum-Doppelbrechung" genannt, und der Nachweis seiner Anwesenheit kann unser Verständnis der Funktionsweise des gesamten Universums stark beeinträchtigen.
Es erscheint seltsam, dass wir Quanteneffekte in der Nähe der Oberfläche eines Neutronensterns in hunderten von Lichtjahren Entfernung messen können, aber wir müssen die extremsten natürlichen „Labors“ des Weltraums untersuchen, um kleinste physikalische Phänomene zu verstehen, die einen enormen Einfluss auf astronomische Daten haben. Und im Fall von RX J1856.5-3754 wird angenommen, dass sein starkes Magnetfeld virtuelle Teilchen manipuliert und sie aus einem Vakuum herauszieht, um im schwachen Licht, das von einem Neutronenstern erzeugt wird, einen prismenähnlichen Effekt zu erzeugen. Das Phänomen der virtuellen Teilchen liegt in vielen kuriosen astrophysikalischen Theorien. Insbesondere handelt es sich um den Hawking-Strahlungsmechanismus, eine Theorie, die ein Physiker in den 1970er Jahren aufgestellt hat und die darauf hindeutet, dass Schwarze Löcher in der Lage sind, zu verdampfen. Ob dies so ist und ob virtuelle Partikel eine bestimmte Rolle spielen, bleibt umstritten. Wie können diese gespenstischen Quantenphänomene, die mit Magnetfeldern interagieren, beobachtbare Auswirkungen haben?
Wenn Licht in der klassischen Physik ein Vakuum passiert, bleibt es unverändert. Wenn die Beweise jedoch richtig sind und sich die Partikel in einem Vakuum direkt um den Neutronenstern befinden, beginnt das Magnetfeld mit ihnen zu interagieren, um das Licht zu manipulieren, während es durch sie hindurchgeht. Dieser Effekt wird von der „Quantenelektrodynamik“ - „KVED“ - vorhergesagt.
Es stellte sich heraus, dass die VLT eine merkwürdige Polarisation des Lichts eines Neutronensterns feststellte, was darauf schließen lässt, dass eine Vakuumdoppelbrechung ins Spiel kam.
„Laut CEA verhält sich ein magnetisiertes Vakuum wie ein Prisma zur Lichtausbreitung. Diesen Effekt nennt man Vakuum-Doppelbrechung “, sagte der leitende Forscher Roberto Mignani von INAF Mailand in Italien und der Universität Zelena Góra in Polen.
"Dieser Effekt ist nur in Gegenwart von unglaublich starken Magnetfeldern zu beobachten, wie sie die Neutronensterne umgeben", fügte Roberto Turolla von der Universität Padua, Italien, hinzu. "Dies zeigt einmal mehr, dass Neutronensterne von unschätzbarem Wert für die Erforschung grundlegender physikalischer Gesetze sind." Neutronensterne sind Überreste von Sternen mit einer zehnten Masse unserer Sonne. Wenn ihnen der Wasserstoff ausgeht, kommt es zu einer Explosion wie bei einer Supernova. Es bleibt (meistens) nur eine winzige und sehr dichte Sphäre von Neutronen übrig. Interessanterweise behalten Neutronensterne den Drehimpuls und den Magnetismus ihrer Elternsterne nur in extremeren Maßstäben bei.
Pulsare sind schnell rotierende Neutronensterne, die als genaueste "Uhr" des Universums gelten und mit konstanter Geschwindigkeit blinken. Diese Faktoren machen Neutronensterne zu idealen Orten, um die Auswirkungen der allgemeinen Relativitätstheorie und eines starken Magnetfelds zu messen.
Und jetzt wollen die Astronomen mit ihrer Hilfe den Beweis für den Quanteneffekt erbringen, den sie vor mehr als 80 Jahren theoretisiert haben. Dies ist jedoch nur der Anfang.
"Polarisationsmessungen mit dem Teleskop der nächsten Generation (wie dem ESO Incredibly Large Telescope) können eine entscheidende Rolle beim Testen der QVED-Vorhersage der Vakuumdoppelbrechung spielen", sagte Mignani.
