Estrela de nêutrons RX J1856.5-3754

Primeiros sinais da propriedade quantum estranha do espaço vazio?

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VLT observações de estrela de nêutron pode confirmar 80 anos de idade previsão sobre o vácuo

Ao estudar a luz emitida por uma estrela de nêutrons extraordinariamente densa e fortemente magnetizada usando o Very Large Telescope do ESO, os astrônomos podem ter encontrado as primeiras indicações observacionais de um estranho efeito quântico, predito pela primeira vez na década de 1930. A polarização da luz observada sugere que o espaço vazio em torno da estrela de nêutrons está sujeito a um efeito quântico conhecido como birrefringência a vácuo.

A equipe liderada por Roberto Mignani, do INAF Milão (Itália) e da Universidade de Zielona Gora (Polônia), usou o Very Large Telescope (VLT) do ESO no Observatório Paranal no Chile para observar a estrela de nêutrons RX J1856.5-3754, 400 anos-luz da Terra.

Apesar de estar entre as estrelas mais próximas de nêutrons, sua extrema escuridão significava que os astrônomos só podiam observar a estrela com luz visível utilizando o FORS2 instrumento sobre o VLT, nos limites da tecnologia telescópio atual.

As estrelas de neutrões são os núcleos remanescentes muito densos de estrelas maciças - pelo menos 10 vezes mais maciças que o nosso Sol - que explodiram como supernovas nos fins de suas vidas. Eles também têm campos magnéticos extremos, bilhões de vezes mais fortes do que o Sol, que permeiam sua superfície externa e arredores.

Estes campos são tão fortes que até mesmo afetam as propriedades do espaço vazio ao redor da estrela. Normalmente um vácuo é pensado como completamente vazio, ea luz pode viajar através dele sem ser alterado. Mas na eletrodinâmica quântica (QED), a teoria quântica que descreve a interação entre fótons e partículas carregadas, como os elétrons, o espaço está cheio de partículas virtuais que aparecem e desaparecem o tempo todo. Campos magnéticos muito fortes podem modificar este espaço para que afete a polarização da luz que passa através dele.

Mignani explica: "De acordo com a QED, um vácuo altamente magnetizado comporta-se como um prisma para a propagação da luz, um efeito conhecido como birrefringência a vácuo".

Entre as muitas previsões de QED, entretanto , a birrefringência a vácuo até agora não tinha uma demonstração experimental direta. Tentativas de detectá-lo em laboratório ainda não conseguiram nos 80 anos desde que foi previsto em um artigo de Werner Heisenberg (da fama de princípio de incerteza ) e Hans Heinrich Euler .

"Esse efeito só pode ser detectado na presença de campos magnéticos extremamente fortes, como os de estrelas de nêutrons, o que mostra mais uma vez que as estrelas de nêutrons são laboratórios inestimáveis ??para estudar as leis fundamentais da natureza", diz Roberto Turolla Universidade de Pádua, Itália).

Após uma análise cuidadosa dos dados do VLT, Mignani e sua equipe detectaram polarização linear - em um grau significativo de cerca de 16% - que eles dizem é provável devido ao efeito impulsionador da birrefringência de vácuo que ocorre na área de espaço vazio em torno RX J1856.5 -3754.

Vincenzo Testa (INAF, Roma, Itália) comenta: "Este é o objeto mais fraco para o qual a polarização já foi medida, requerendo um dos maiores e mais eficientes telescópios do mundo, o VLT e técnicas precisas de análise de dados para melhorar a Sinal de uma estrela tão fraca".

"A alta polarização linear que medimos com o VLT não pode ser facilmente explicada por nossos modelos a menos que os efeitos de birrefringência de vácuo preditos por QED sejam incluídos", acrescenta Mignani.

"Este estudo VLT é o primeiro suporte observacional para as previsões desses tipos de efeitos QED que surgem em campos magnéticos extremamente fortes" , observa Silvia Zane (UCL / MSSL, UK).

Mignani está entusiasmado com outras melhorias nesta área de estudo que poderiam surgir com telescópios mais avançados:"Medições de polarização com a próxima geração de telescópios, como o European Extremely Large Telescope do ESO , poderiam desempenhar um papel crucial no teste das previsões QED de birrefringência a vácuo Efeitos em torno de muitas mais estrelas de nêutrons".

"Esta medida, feita pela primeira vez agora em luz visível, também abre o caminho para medições semelhantes a serem realizadas em comprimentos de onda de raios-X", acrescenta Kinwah Wu (UCL / MSSL, Reino Unido).

Notas

Este objeto faz parte do grupo de estrelas de nêutrons conhecido como os Sete Magníficos . Eles são conhecidos como estrelas de nêutrons isoladas (INS), que não têm companheiros estelares, não emitem ondas de rádio (como os pulsares), e não são cercados pelo material de supernova progenitor.

Há outros processos que podem polarizar a luz das estrelas enquanto viaja pelo espaço. A equipe examinou cuidadosamente outras possibilidades - por exemplo, a polarização criada pela dispersão de grãos de poeira - mas considerou improvável que produzissem o sinal de polarização observado.

Mais Informações

Esta pesquisa foi apresentada no artigo intitulado "Evidência de birrefringência a vácuo a partir da primeira medida de polarimetria óptica da estrela de nêutrons isolada RX J1856.5-3754", de R. Mignani et al., Para aparecer em Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

A equipe é composta por RP Mignani (INAF - Instituto de Astrofísica Espacial e Física Cosmica Milano, Milão, Itália, Instituto Janusz Gil de Astronomia, Universidade de Zielona Góra, Zielona Góra, Polônia), V. Testa (INAF - Osservatorio Astronomico di Roma , Monteporzio, Itália), D. González Caniulef (Espacial Mullard Science Laboratory, University College London, UK), R. Taverna (Dipartimento di Fisica e Astronomia, Universit à di Padova, Padova, Itália), R. Turolla (Dipartimento di Fisica e Astronomia, Universit à di Padova, Padova, Itália; Espacial Mullard Science Laboratory, University College London, UK), S. Zane (Espacial Mullard Science Laboratory, University College London, UK) e K. Wu (Laboratório Mullard Space Science, Universidade College London, Reino Unido).

O ESO é a principal organização intergovernamental de astronomia na Europa e o observatório astronômico terrestre mais produtivo do mundo. É apoiada por 16 países: Áustria, Bélgica, Brasil, República Checa, Dinamarca, França, Finlândia, Alemanha, Itália, Países Baixos, Polónia, Portugal, Espanha, Suécia, Suíça e Reino Unido. Chile. O ESO realiza um ambicioso programa centrado na concepção, construção e operação de poderosas instalações de observação terrestres que permitem aos astrónomos fazer descobertas científicas importantes. O ESO também desempenha um papel de liderança na promoção e organização da cooperação em pesquisa astronômica. O ESO opera três locais únicos de observação de classe mundial no Chile: La Silla, Paranal e Chajnantor. No Paranal, o ESO opera o Very Large Telescope, O observatório astronômico de luz visível mais avançado do mundo e dois telescópios de pesquisa. VISTA trabalha no infravermelho e é o telescópio o maior do mundo da pesquisa eo Telescópio do exame de VLT é o telescópio o maior projetado para examinar exclusivamente os céus na luz visível. O ESO é um dos principais parceiros da ALMA, o maior projeto astronômico existente. E no Cerro Armazones, perto de Paranal, a ESO está construindo o Telescópio Extremamente Grande Europeu de 39 metros, o E-ELT, que se tornará "o maior olho do mundo no céu".First Signs of Weird Quantum Property of Empty Space?