IXPE NASA підтверджує теорію, яка існує вже 90 років

Унікальне вимірювання магнетара, проведене NASA, може підтвердити поведінку порожнього простору, яку фізики передбачали протягом 90 років, але ніколи не спостерігали безпосередньо. Результати були опубліковані в середу в журналі Nature.

Магнетари — це особливий клас нейтронних зірок з надзвичайно сильними магнітними полями, які є найсильнішими з усіх об'єктів у спостережуваному всесвіті, приблизно в трильйон разів сильнішими за найсильніші постійні магніти, створені на Землі. Ці надмагнітні нейтронні зірки відкривають погляд на фізику інтенсивних середовищ, які неможливо знайти в інших місцях.

Нейтронні зірки — це залишкові ядра масивних зірок, які сформувалися в кінці їх життєвих циклів, маючи більше маси, ніж Сонце, стиснуті до розміру міста, що робить їх природними лабораторіями для вивчення екстремальної фізики.

Вчені, які використовували IXPE (Imaging X-ray Polarimetry Explorer) від NASA, провели понад 140 годин спостережень магнетара 1E 1547-5408 з березня по квітень 2025 року, разом із NICER (Neutron Star Interior Composition Explorer) та радіотелескопом Murriyang, яким володіє та управляє австралійське наукове агентство CSIRO. Це було перше в історії координоване вимірювання радіо- та рентгенівської поляризації магнетара.

1E 1547-5408, що обертається з періодом в 2 секунди, є унікальним магнетаром, який постійно випромінює яскраву радіоенергію та рентгенівське світло, причини чого вчені ще намагаються зрозуміти.

Спостереження показали, що поляризація, або орієнтація та рівень вирівнювання вхідних фотонів, майже в три рази більша, ніж у подібних джерелах. Цей високий рівень поляризації виявився несподіваним, оскільки геометрія магнітних полів магнетара свідчить про те, що вимірювання, які ми спостерігаємо, повинні бути близькими до нуля в певних точках зірки. Стандартні моделі поверхневого випромінювання також не пояснюють це велике значення, що вказує на необхідність іншого ефекту, який підсилює поляризацію.

Тут на допомогу приходить вакуумна біфургація — теорія, що існує вже 90 років у сфері квантової електродинаміки. Вперше запропонована в 1936 році, ця теорія стверджує, що вакуум простору може змінюватися під впливом екстремальних магнітних полів, які значно перевищують ті, що можуть створити люди на Землі. У таких умовах вакуум діє як лінза або призма, фільтруючи світло залежно від напрямку його руху, тим самим підсилюючи загальну поляризацію. Місія IXPE, здатна вимірювати поляризацію рентгенівських променів, була важливою для перевірки цієї теорії.

Симуляції, проведені дослідницькою групою, підтверджують можливість вакуумної біфургації, що викликала цей характерний сигнал. Хоа Дінь Ті, постдокторант Рисівського університету в Х'юстоні та співавтор публікації, що висвітлює результати, зазначив: "Наша модель показує, що відтворення спостережуваних підписів рентгенівської поляризації, водночас задовольняючи обмеження, встановлені радіоспостереженнями, вимагає наявності вакуумної біфургації в середовищі нейтронної зірки. Це відкриття демонструє, як нейтронні зірки дозволяють нам перевіряти фундаментальну фізику в умовах, які не можуть бути відтворені в лабораторіях на Землі."

Великі вимірювання поляризації від магнетара надають потужну підтримку теоретичному прогнозу і можуть бути першим випадком, коли цей ефект був безпосередньо спостережений.

"Цей результат дійсно підкреслює міждисциплінарну силу астрономії," сказала Рейчел Стюарт, аспірантка Джордж Вашингтон університету та головна авторка статті, опублікованої в Nature. "Інформація, яку ми отримали, спостерігаючи за цим далеким зірковим ядром, також дає нам підказки про природу тканини реальності, як ми її знаємо, і я вважаю це неймовірним."

Подальші спостереження IXPE за цим джерелом та іншими магнетарами підтвердять цей сигнал і потенційно розкриють інші екзотичні ефекти квантової електродинаміки.

Більше про IXPE

Місія IXPE, яка продовжує надавати безпрецедентні дані, що дозволяють здійснювати революційні відкриття про небесні об'єкти по всьому всесвіту, є спільною місією NASA та Італійського космічного агентства з партнерами та науковими співробітниками з 12 країн. Вона керується Центром космічних польотів Маршалла NASA в Хантсвіллі, штат Алабама. Головний офіс BAE Systems, Inc. розташований у Фолс-Черч, штат Вірджинія, управляє операціями космічного апарату разом з Лабораторією атмосферної та космічної фізики Університету Колорадо в Боулдері.