IXPE от NASA мог подтвердить теорию, существующую 90 лет

Недавние наблюдения магнитара 1E 1547-5408, проведенные с помощью миссии IXPE (Imaging X-ray Polarimetry Explorer) от NASA, могут подтвердить теорию, существующую уже 90 лет, о поведении пустоты в космосе. Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature в среду.

Магнитары представляют собой особый класс нейтронных звезд с ультрасильными магнитными полями, которые в миллионы раз превышают силу самых мощных постоянных магнитов, созданных на Земле. Эти звездные объекты предоставляют уникальную возможность изучать физику экстремальных условий, которые невозможно воспроизвести в лабораториях.

Нейтронные звезды образуются в результате коллапса массивных звезд в конце их жизненного цикла, обладая массой, превышающей массу Солнца, и сжатыми до размеров города. Это делает их естественными лабораториями для изучения экстремальной физики.

В ходе исследования ученые провели более 140 часов наблюдений за магнитаром 1E 1547-5408 с марта по апрель 2025 года, в сотрудничестве с другими телескопами, включая NICER (Neutron Star Interior Composition Explorer) и радиотелескоп Murriyang, управляемый австралийским национальным научным агентством. Это были первые в мире согласованные измерения радиоволн и поляризации рентгеновских лучей магнитара.

1E 1547-5408 совершает полный оборот каждые 2 секунды и постоянно излучает яркую радиацию и рентгеновское излучение, причины чего ученые все еще пытаются понять.

Наблюдения показали, что уровень поляризации фотонов, которые достигали наблюдателей, почти в три раза превышает значения, зафиксированные у аналогичных объектов. Этот высокий уровень поляризации стал неожиданностью, поскольку геометрия магнитного поля магнитара предполагает, что в определенных точках звезды измерения должны быть близки к нулю. Стандартные модели поверхностного излучения не объясняют такое большое значение, что указывает на необходимость наличия другого эффекта, усиливающего поляризацию.

Здесь на помощь приходит теория вакуумной бифрингенции, предложенная в 1936 году. Она предполагает, что вакуум пространства может изменяться под воздействием экстремальных магнитных полей, значительно превышающих те, что могут быть созданы на Земле. В таких условиях вакуум ведет себя как линза или призма, фильтруя свет в зависимости от направления его движения и, таким образом, увеличивая общую поляризацию. Способность миссии IXPE измерять поляризацию рентгеновских лучей оказалась ключевой для проверки этой теории.

Моделирование, проведенное исследовательской группой, подтверждает возможность того, что вакуумная бифрингенция может вызывать наблюдаемый сигнал. Хоа Дин Тхи, постдокторант Университета Райса в Хьюстоне и соавтор публикации, отметил: "Наша модель предполагает, что воспроизведение наблюдаемых рентгеновских поляризационных сигналов, удовлетворяющих ограничениям, установленным радионаблюдениями, требует наличия вакуумной бифрингенции в окружении нейтронной звезды. Это открытие демонстрирует, как нейтронные звезды позволяют нам проверять фундаментальные физические теории в условиях, которые невозможно воспроизвести в лабораториях на Земле."

Сильные измерения поляризации магнитара поддерживают теоретические предсказания и могут стать первым зафиксированным случаем наблюдения этого эффекта в космосе.

"Этот результат подчеркивает междисциплинарную силу астрофизики," — сказала Рэйчел Стюарт, аспирантка Университета Джорджа Вашингтона и ведущая автор статьи. "Информация, которую мы получили, изучая этот далекий звездный объект, также дает нам подсказки о природе ткани реальности, как мы ее знаем, и это невероятно."

Дальнейшие наблюдения IXPE за этим и другими магнитарами подтвердят этот сигнал и, возможно, откроют другие экзотические эффекты квантовой электродинамики.

Больше о IXPE

Миссия IXPE, продолжающая предоставлять уникальные данные, способствующие революционным открытиям о небесных объектах во вселенной, является совместным проектом NASA и Итальянского космического агентства при участии научных партнеров из 12 стран. Руководит миссией Центр космических полетов имени Маршалла в Хантсвилле, штат Алабама. Операциями космического аппарата управляет компания BAE Systems, Inc., совместно с Лабораторией атмосферной и космической физики Университета Колорадо в Боулдере.