Het effect, bekend als "vacuüm dubbele breking", werd 80 jaar geleden voorspeld. Maar astronomen konden het alleen bevestigen door het licht van een zwakke neutronenster te observeren.
Volgens de kwantumfysica is de vacuümruimte niet helemaal leeg - virtuele deeltjes verschijnen zelfs in de lege holten uit niet-bestaan. Het kunnen spookachtige visies lijken, maar astronomen denken dat ze nu de interferentie kunnen herkennen die wordt veroorzaakt door virtuele deeltjes in het zwakke licht dat wordt gegenereerd door de dichte sterrenklomp van de ontbindende substantie.
Het bleek een neutronenster RX J1856.5-3754 te zijn, gelegen op ongeveer 400 lichtjaar van onze planeet. Onderzoekers, met behulp van de ESO Very Large Telescope (VLT) in de Atacama-woestijn, Chili, ontdekten het kwantumeffect, voor het eerst voorspeld in 1930. Het wordt 'vacuüm dubbele breking' genoemd en bewijs van de aanwezigheid ervan kan van grote invloed zijn op ons begrip van het functioneren van het hele universum.
Het lijkt vreemd dat we kwantumeffecten kunnen meten in de buurt van het oppervlak van een neutronenster die honderden lichtjaren verwijderd zijn, maar we moeten de meest extreme natuurlijke "laboratoria" van de diepe ruimte bestuderen om kleine fysieke verschijnselen te begrijpen die een enorme impact hebben op astronomische gegevens. En in het geval van RX J1856.5-3754 wordt aangenomen dat het krachtige magnetische veld virtuele deeltjes manipuleert en uit een vacuüm trekt om een prisma-achtig effect te creëren in het zwakke licht dat wordt gegenereerd door een neutronenster. Het fenomeen van virtuele deeltjes ligt in veel merkwaardige astrofysische theorieën. In het bijzonder is het het Hawking-stralingsmechanisme, een theorie die door een natuurkundige in de jaren 1970 werd aangevoerd, wat suggereert dat de zwarte gaten in staat zijn te verdampen. Of dit ook zo is en of virtuele deeltjes een bepaalde rol spelen, blijft het onderwerp van verhit debat. Hoe kunnen deze spookachtige kwantumfenomenen die interageren met magnetische velden waarneembare effecten hebben?
In de klassieke natuurkunde, als licht een vacuüm passeert, blijft het onveranderd. Echter, als het bewijsmateriaal correct is en de deeltjes direct in een vacuüm rond de neutronenster aanwezig zijn, zal het magnetisch veld met hen gaan interacteren om het licht te manipuleren terwijl het door hen gaat. Dit effect wordt voorspeld door "quantum electrodynamics" - "KVED".
Het bleek dat de VLT een vreemde polarisatie detecteerde van het licht dat uit een neutronenster kwam, wat suggereert dat vacuüm dubbele breking een rol speelde.
"Volgens de CEA gedraagt een gemagnetiseerd vacuüm zich als een prisma van lichtvoortplanting. Dit effect wordt vacuüm dubbele breking genoemd, "zei hoofdonderzoeker Roberto Mignani van INAF Milaan in Italië en de Universiteit van Zelena Góra in Polen.
"Dit effect kan alleen worden opgemerkt in de aanwezigheid van ongelooflijk sterke magnetische velden, zoals die rond neutronensterren," voegde Roberto Turolla van de Universiteit van Padua, Italië, toe. "Dit toont eens te meer aan dat neutronensterren onschatbare laboratoria zijn voor de studie van fundamentele natuurkundige wetten." Neutronensterren zijn overblijfselen van sterren met een tiende massa van onze zon. Als ze geen waterstof meer hebben, is er een explosie als een supernova. Slechts een uiterst kleine en zeer dichte bol van neutronen blijft (meestal). Interessant is dat neutronensterren het hoekmoment en magnetisme van hun oudersterren behouden, alleen op extremere schalen.
Pulsars zijn snel roterende neutronensterren, beschouwd als de meest accurate "klok" van het heelal en flitsen met een constante snelheid. Deze factoren maken neutronensterren ideale plaatsen om de effecten van de algemene relativiteitstheorie en een sterk magnetisch veld te meten.
En nu met hun hulp willen astronomen het bewijs van het kwantumeffect onthullen, waarvan ze 80 jaar geleden theoretiseerden. Maar dit is slechts het begin.
"Polarisatiemetingen door de telescoop van de volgende generatie (zoals de ESO Incredibly Large Telescope) kunnen een cruciale rol spelen bij het testen van de QVED-voorspelling van dubbele dubbele breking," zei Mignani.
