قد يكون علماء الفلك قد عثروا على أقوى دليل حتى الآن على أحد أغرب تنبؤات ميكانيكا الكم: حتى الفضاء الفارغ ظاهرياً يمكن أن يؤثر على طريقة انتقال الضوء. تُعرف هذه الظاهرة باسم 'انكسار الضوء في الفراغ'، وقد تنبأ بها فيرنر هايزنبرغ، أحد رواد ميكانيكا الكم، قبل حوالي 90 عاماً. اقترح عمله أن الفراغ المثالي ليس فارغاً حقاً. بدلاً من ذلك، يجب أن يحتوي على 'جسيمات افتراضية' تظهر وتختفي لفترة وجيزة.

قام باحثون، بمن فيهم الدكتور ماركوس لوير من جامعة سوينبورن للتكنولوجيا، بالتحقيق في هذا اللغز الكمي القديم من خلال دراسة نجم مغناطيسي، وهو نوع نادر من النجوم النيوترونية يمتلك أقوى المجالات المغناطيسية المعروفة في الكون. قد تمثل ملاحظاتهم أول اكتشاف لانكسار الضوء في الفراغ داخل المجال المغناطيسي القوي بشكل استثنائي للنجم المغناطيسي. إذا تم تأكيد النتيجة، فقد تعطي العلماء طريقة جديدة للتحقيق في الكون الكمي. نُشرت النتائج مؤخراً في مجلة Nature.

وفقاً للنظرية، يمكن للمجال المغناطيسي القوي بشكل استثنائي أن يؤثر على بحر الجسيمات الافتراضية المرتبطة بالفراغ. في ظل هذه الظروف، من المتوقع أن تؤثر الجسيمات على كيفية انتقال الضوء، مما يؤدي إلى انكساره بطريقة معينة وينتج عنه انكسار الضوء في الفراغ. توفر النجوم المغناطيسية فرصة نادرة للبحث عن هذا التأثير لأن مجالاتها المغناطيسية قوية بما يكفي لجعل السلوك الكمي المتوقع قابلاً للملاحظة.

كان الدكتور لوير جزءاً من فريق بحث دولي درس النجم المغناطيسي 1E 1547.0-5408 (أو 1E1547 باختصار) باستخدام مستكشف تصوير الاستقطاب بالأشعة السينية (IXPE) التابع لناسا. كانت الملاحظات مدعومة بتلسكوب الأشعة السينية NICER الموجود على متن محطة الفضاء الدولية وMurriyang، تلسكوب باركس الراديوي التابع لمنظمة CSIRO، والذي تملكه وتشغله وكالة العلوم الوطنية الأسترالية. ساعدت الملاحظات الراديوية التي جمعها الدكتور لوير باستخدام Murriyang، متبوعة بتحليل على حاسوب Ngarrgu Tindebeek الفائق في سوينبورن، الباحثين في التحقيق فيما يمكن أن يكون أول اكتشاف مباشر لهذه الظاهرة الكمية النظرية سابقاً.

على الرغم من أن انكسار الضوء في الفراغ تم التنبؤ به في الثلاثينيات، قال الدكتور لوير إن العلماء لم يحصلوا بعد على اكتشاف قاطع. قال الدكتور لوير: 'يتطلب اكتشاف انكسار الضوء في الفراغ مجالاً مغناطيسياً أقوى بأكثر من 100 مليون مرة من أي مجال صنعناه على الأرض. لحسن الحظ، زودتنا الطبيعة بالنجوم المغناطيسية، وهي مختبرات كونية مثالية للبحث عن هذا التأثير.'

تابع الباحثون عن كثب كيفية تغير اتجاه موجات الراديو القادمة من النجم المغناطيسي أثناء دورانه (حالة الاستقطاب الخاصة بها). من تلك القياسات، حددوا أن المحورين المغناطيسي والدوراني لـ 1E 1547 شبه متوازيين. كما يُلاحظ النجم المغناطيسي من منظور شبه قطبي. معاً، تعطي هذه الخصائص العلماء رؤية مواتية بشكل غير عادي للبحث عن انكسار الضوء في الفراغ حول 1E 1547.

ثم وجد الفريق دليلين مهمين يشيران إلى التأثير الكمي. أظهرت الأشعة السينية الناتجة عن النجم المغناطيسي والتي اكتشفها IXPE مستويات عالية للغاية من الاستقطاب. بالإضافة إلى ذلك، ظل اتجاه هذا الاستقطاب مرتبطاً بالمجال المغناطيسي لـ 1E1547 بنفس الطريقة التي شوهدت في الملاحظات الراديوية.

قال الدكتور لوير: 'بسبب قوة المجال المغناطيسي، تصطف الجسيمات الافتراضية لهايزنبرغ مع اتجاه المجال. من خلال تتبع اتجاه تذبذب موجات الراديو والأشعة السينية بعناية أثناء دوران النجم المغناطيسي، وجد الفريق أن محاذاة الأقطاب المغناطيسية والدورانية لـ 1E1547 كانت مثالية لاكتشاف انكسار الضوء في الفراغ.'

إذا تم تأكيد التفسير، فقد تساعد النتيجة الفيزيائيين في اختبار كيفية تصرف النظريات الراسخة للفيزياء الكمية في ظل بعض الظروف الأكثر تطرفاً الموجودة في أي مكان في الكون. قال الدكتور لوير إن الملاحظات الإضافية والمحاكاة الحاسوبية الأكثر تقدماً يمكن أن تساعد في تحديد ما إذا كانت الإشارة تأتي حقاً من الفراغ ب