Rendgensko zračenje magnetara 1E 1547.0−5408 pokazalo je obrazac polarizacije koji uobičajeni modeli teško objašnjavaju. Međunarodni tim, koji je isti objekt pratio rendgenskim i radioteleskopima, zaključuje da se dobiveni podaci najbolje uklapaju u takozvani dvolom vakuuma, kvantni učinak zbog kojega se dvije polarizirane komponente svjetlosti kroz vakuum ne šire potpuno jednako.
Rezultati su objavljeni u časopisu Nature. Ne znače da je učinak konačno dokazan, ali donose dosad vrlo konkretan skup mjerenja za koji modeli bez dvoloma vakuuma ne nude jednako dobro objašnjenje.
X-zrake bile su neobično snažno polarizirane
Magnetari su rijetka vrsta neutronskih zvijezda, iznimno gustih ostataka masivnih zvijezda nakon eksplozije supernove. Imaju najsnažnija poznata magnetska polja u svemiru. Magnetar 1E 1547.0−5408 okreće se jednom u 2,09 sekundi, a njegovo površinsko magnetsko polje iznosi približno 2,2 × 10^14 gaussa, odnosno oko 22 milijarde tesla.
O mogućem nastanku takvih objekata pisao sam nedavno u tekstu o neobičnoj supernovi koja je prvi put pružila uvjerljiv dokaz nastanka magnetara.
Istraživači su povezali podatke NASA-ine misije IXPE, instrumenta NICER na Međunarodnoj svemirskoj postaji i australskog radioteleskopa Murriyang u Parkesu. IXPE je izmjerio polarizaciju rendgenskog zračenja, NICER je pratio njegov energetski spektar, a Murriyang je zabilježio radio signal magnetara.
U mekom dijelu rendgenskog spektra polarizacija je pri energiji od 2 kiloelektronvolta procijenjena na 65 ± 8 posto. Tijekom pojedinih dijelova rotacije, u rasponu od 2 do 3 kiloelektronvolta, dosegnula je 82 ± 15 posto. Kod većine drugih magnetara koje je IXPE promatrao vrijednosti u tom dijelu spektra ostaju ispod 20 posto.
Radio signal pokazao je da Zemlja gleda blizu pola
Radio valovi omogućili su istraživačima da preciznije odrede geometriju magnetara. Smjer polarizacije radio signala mijenja se dok se zvijezda okreće, pa se iz tog obrasca može rekonstruirati položaj magnetske osi.
Analiza pokazuje da se magnetska i rotacijska os 1E 1547.0−5408 razlikuju za samo oko 3,4 stupnja. Zemlja ga pritom promatra gotovo uzduž osi vrtnje, pod kutom od približno 7,5 stupnjeva.
Takav položaj daje rijetko povoljan pogled na područje oko magnetskog pola. Smjer polarizacije rendgenskog zračenja također se mijenja tijekom rotacije na način koji odgovara istoj velikoj geometriji magnetskog polja. Upravo je to važno jer pokazuje da visoka polarizacija X-zraka nije izolirana značajka, nego dio šireg obrasca koji povezuje zračenje magnetara i njegovo polje.
Što dvolom vakuuma znači u ovom slučaju
U svakodnevnom smislu vakuum je prazan prostor. Kvantna elektrodinamika opisuje ga drukčije: i ondje se mogu pojaviti kratkotrajne virtualne čestice, a ekstremno magnetsko polje može utjecati na njihovo ponašanje.
Werner Heisenberg i Hans Euler predvidjeli su 1936. godine da bi takvo polje moglo promijeniti način širenja svjetlosti kroz vakuum. Dvije polarizirane komponente svjetlosti tada ne bi imale potpuno ista optička svojstva. Fizičari taj učinak nazivaju dvolomom vakuuma.
To ne znači da se rendgenska zraka doslovno razdvaja u dvije vidljive zrake kao pri prolasku kroz kristal. Riječ je o vrlo maloj razlici u širenju dviju polarizacija, koja na Zemlji ostaje preslaba za jasno mjerenje. Magnetar, sa svojim ekstremnim magnetskim poljem, stvara uvjete u kojima taj učinak može ostaviti mjerljiv trag u polarizaciji X-zraka.
Modeli bez učinka ne objašnjavaju cijeli obrazac
Sama visoka polarizacija nije dokaz dvoloma vakuuma. Magnetizirana atmosfera neutronske zvijezde također može polarizirati zračenje. No modeli koji ne uključuju utjecaj dvoloma vakuuma teško istodobno objašnjavaju vrlo visoku polarizaciju, njezin pad između 2 i 4 kiloelektronvolta te ponašanje signala tijekom prolaska radio snopa.
Računalne simulacije koje uključuju dvolom vakuuma bolje opisuju izmjerene podatke, osobito promjene polarizacije tijekom rotacije magnetara. Zaključak je ipak ovisan o modelima i ne predstavlja izravno mjerenje samog vakuuma.
Autori zato traže dulja IXPE-ova promatranja, osobito pri nižim energijama rendgenskog zračenja, te preciznije simulacije drugih procesa u magnetosferi. Tek će takva mjerenja pokazati je li magnetar 1E 1547.0−5408 doista dao prvu čvrstu potvrdu dvoloma vakuuma.
