Пустота в космосе может оказаться гораздо менее «пустой», чем кажется. Международная группа астрономов получила наиболее убедительные на сегодняшний день свидетельства вакуумного двулучепреломления — квантового эффекта, при котором чрезвычайно сильное магнитное поле изменяет свойства вакуума и влияет на проходящий через него свет.
Возможность существования такого эффекта еще в 1936 году предсказали Вернер Гейзенберг и Ханс Эйлер. Согласно квантовой электродинамике, вакуум нельзя считать абсолютной пустотой: в нем постоянно происходят квантовые флуктуации, которые условно описывают как появление и исчезновение виртуальных частиц. В обычных условиях заметить их влияние практически невозможно.
Ситуация меняется в экстремально сильном магнитном поле. Теория предсказывает, что оно способно заставить вакуум вести себя подобно оптической среде, изменяя поляризацию проходящего через него света. Для наблюдения такого эффекта необходимо поле более чем в 100 миллионов раз сильнее создаваемых человеком, поэтому естественной лабораторией для физиков стали магнетары — нейтронные звезды с одними из самых мощных магнитных полей во Вселенной.
Исследователи изучили магнетар 1E 1547-5408, который совершает один оборот примерно за две секунды. Основные наблюдения проводились в марте и апреле 2025 года при помощи рентгеновской обсерватории NASA IXPE. Их дополнили данные других рентгеновских и радиотелескопов.
Рентгеновское излучение магнетара оказалось почти в три раза сильнее поляризовано, чем у сопоставимых источников. При этом направление поляризации совпадало с ориентацией магнитного поля звезды, которую ученые независимо определили по радионаблюдениям.
По словам исследователей, обычные модели излучения поверхности нейтронной звезды не позволяют удовлетворительно объяснить такое сочетание характеристик. Зато наблюдения соответствуют именно тому поведению света, которое предсказывает теория вакуумного двулучепреломления.
Первые возможные признаки эффекта астрономы наблюдали еще в 2017 году у нейтронной звезды RX J1856.5-3754, однако тогда оптические данные допускали альтернативные объяснения. Запущенная в 2021 году обсерватория IXPE впервые дала ученым возможность проводить достаточно точные измерения поляризации рентгеновского излучения магнетаров.
Таким образом, наблюдения фактически подтверждают предсказание квантовой физики, сделанное около 90 лет назад. Впрочем, исследователи намерены продолжить проверку результата с помощью будущих рентгеновских обсерваторий и более совершенного компьютерного моделирования, чтобы окончательно отделить вакуумное двулучепреломление от других процессов в окрестностях магнетаров.
