Магнетар підтвердив квантовий ефект, який Гейзенберг передбачив майже 90 років тому: спостережено двопроменезаломлення вакууму

Астрономи отримали одне з найпереконливіших на сьогодні свідчень існування двопроменезаломлення вакууму, дивовижного квантового ефекту, який фізики намагаються спостерігати вже майже століття. Спостереження магнетара під назвою 1E 1547.0-5408 показали, що його випромінювання поводиться саме так, як передбачає квантова теорія. Відповідне дослідження було опубліковане у журналі Nature 5 серпня 2026 року.

Суть ефекту полягає в тому, що навіть абсолютно порожній на перший погляд простір насправді не є порожнім. Згідно з квантовою механікою, у вакуумі постійно народжуються та зникають так звані віртуальні частинки, зокрема пари електронів і позитронів. За наявності надзвичайно сильного магнітного поля ця квантова структура вакууму починає по-різному впливати на світло, ефективно поляризуючи його вздовж певного напрямку.

Ідею цього явища ще у 1936 році висунули німецький фізик Вернер Гейзенберг та його учень Ганс Ейлер. Проблема полягала в тому, що для його прояву потрібне магнітне поле немислимої сили. Як зазначив один із авторів дослідження, доктор Маркус Лоуер зі Свінбернського технологічного університету, для виявлення двопроменезаломлення вакууму необхідне магнітне поле, яке більш ніж у 100 мільйонів разів сильніше за будь-яке, створене людиною на Землі.

Як проводилися спостереження

Саме тому вибір упав на магнетар, тобто нейтронну зорю з екстремально потужним магнітним полем, яке більш ніж у трильйон разів перевищує земне. Об'єкт 1E 1547 виявився майже ідеальним для таких вимірювань, оскільки його магнітна та обертальна осі майже збігаються, і зоря повернута до нас так, що ми дивимося на неї практично з боку полюса, що є оптимальною геометрією для реєстрації ефекту.

Для дослідження астрономи вперше провели скоординовані вимірювання поляризації магнетара одразу в рентгенівському та радіодіапазонах. Використовувалися рентгенівський поляриметричний телескоп NASA IXPE, телескоп NICER на борту Міжнародної космічної станції, а також радіотелескоп Мурріянг (Паркс) в Австралії. Спостереження проводилися упродовж березня та квітня 2025 року, а для моделювання застосували суперкомп'ютер Свінбернського університету.

Що показали дані

Результати виявилися вражаючими. Рентгенівське випромінювання магнетара продемонструвало надзвичайно високий рівень поляризації, який залежно від ділянки випромінювання, тобто від конкретного конуса, сягав від приблизно 40 до 80 відсотків. Такі значення важко пояснити лише моделями випромінювання з поверхні зорі, що і вказує на дію додаткового квантового механізму.

Ще важливіше те, що напрямок поляризації виявився жорстко прив'язаним до напрямку магнітного поля магнетара, а рентгенівські дані узгоджувалися з радіоспостереженнями. Саме таку поведінку і передбачає теорія двопроменезаломлення вакууму. За словами дослідників, отриманий рівень поляризації майже втричі перевищує те, що спостерігалося у схожих джерел раніше.

Значення відкриття

Підтвердження двопроменезаломлення вакууму має фундаментальне значення для фізики. Воно перевіряє одне з ключових передбачень квантової електродинаміки в режимі надсильних полів, який неможливо відтворити в жодній земній лабораторії. По суті, це демонстрація того, що квантова структура вакууму реально впливає на астрофізичні явища, а не залишається суто теоретичною абстракцією.

Це не перша спроба зафіксувати ефект. Ще у 2017 році з'явилися натяки на нього в оптичних спостереженнях нейтронної зорі RX J1856.5-3754, однак ті результати допускали різні тлумачення. Нинішні дані, отримані командою за участю Маркуса Лоуера та провідної авторки Рейчел Стюарт, вважаються значно переконливішими завдяки поєднанню кількох незалежних методів спостереження.

Що далі

Попри переконливість результатів, самі автори закликають до обережності. Вони наголошують, що для остаточного підтвердження ефекту потрібні додаткові дані та вдосконалені комп'ютерні моделі. Наступним кроком стануть майбутні місії та подальші спостереження, які дадуть змогу перевірити висновки й виключити альтернативні пояснення спостережуваної поляризації.

Так чи інакше, це дослідження є яскравим прикладом того, як передбачення, зроблене на світанку квантової теорії, майже через дев'ять десятиліть знаходить підтвердження в одному з найекстремальніших об'єктів Всесвіту. Магнетари, які самі по собі є природними лабораторіями екстремальної фізики, і надалі залишатимуться ключем до перевірки найтонших ефектів квантової електродинаміки.