Gli astronomi potrebbero aver colto in flagrante lo spazio 'vuoto', piegando la luce attorno a una magnetar esattamente come Heisenberg aveva previsto 90 anni fa. I magneti più potenti dell'universo sono diventati ancora più interessanti.

Gli astronomi potrebbero aver trovato alcune delle prove più forti finora per una delle più strane previsioni della meccanica quantistica: anche lo spazio apparentemente vuoto può influenzare il modo in cui la luce viaggia. Conosciuto come 'birifrangenza del vuoto', il fenomeno fu previsto quasi 90 anni fa da Werner Heisenberg, uno dei pionieri della meccanica quantistica. Il suo lavoro suggeriva che un vuoto perfetto non è veramente vuoto. Invece, dovrebbe contenere 'particelle virtuali' che appaiono e scompaiono brevemente.

I ricercatori, tra cui il dottor Marcus Lower della Swinburne University of Technology, hanno indagato su questo mistero quantistico di lunga data studiando una magnetar, un raro tipo di stella di neutroni che possiede i campi magnetici più forti conosciuti nell'universo. Le loro osservazioni potrebbero rappresentare la prima rilevazione di birifrangenza del vuoto che si verifica all'interno del campo magnetico straordinariamente potente di una magnetar. Se confermato, il risultato potrebbe dare agli scienziati un nuovo modo per indagare l'universo quantistico. I risultati sono stati pubblicati di recente su Nature.

Secondo la teoria, un campo magnetico eccezionalmente forte può influenzare il mare di particelle virtuali associate al vuoto. In queste condizioni, ci si aspetta che le particelle influenzino il modo in cui la luce viaggia, rifrangendola in un modo specifico e producendo birifrangenza del vuoto. Le magnetar offrono una rara opportunità per cercare questo effetto perché i loro campi magnetici sono abbastanza potenti da rendere potenzialmente osservabile il comportamento quantistico previsto.

Il dottor Lower faceva parte di un team di ricerca internazionale che ha studiato la magnetar 1E 1547.0-5408 (o 1E1547 in breve) con l'Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE) della NASA. Le osservazioni sono state supportate dal telescopio a raggi X NICER a bordo della Stazione Spaziale Internazionale e da Murriyang, il radiotelescopio di Parkes del CSIRO, che è di proprietà e gestito dall'agenzia scientifica nazionale australiana. Le osservazioni radio raccolte dal dottor Lower utilizzando Murriyang, seguite dall'analisi sul supercomputer Ngarrgu Tindebeek di Swinburne, hanno aiutato i ricercatori a indagare quella che potrebbe essere la prima rilevazione diretta di questo fenomeno quantistico precedentemente teorico.

Sebbene la birifrangenza del vuoto fosse stata prevista negli anni '30, il dottor Lower ha affermato che gli scienziati devono ancora ottenere una rilevazione definitiva. "Rilevare la birifrangenza del vuoto richiede un campo magnetico che è oltre 100 milioni di volte più forte di qualsiasi ne abbiamo mai creato sulla Terra. Fortunatamente, la natura ci ha fornito le magnetar, che sono i perfetti laboratori cosmici per cercare questo effetto", ha detto il dottor Lower.

I ricercatori hanno seguito da vicino come le onde radio provenienti dalla magnetar cambiavano direzione mentre la stella ruotava (il loro 'stato di polarizzazione'). Da quelle misurazioni, hanno determinato che gli assi magnetici e di rotazione di 1E 1547 sono quasi allineati. La magnetar è anche osservata da una prospettiva quasi polare. Insieme, queste caratteristiche danno agli scienziati una visuale insolitamente favorevole per cercare la birifrangenza del vuoto attorno a 1E 1547.

Il team ha poi trovato due indizi importanti che puntano all'effetto quantistico. I raggi X generati dalla magnetar e rilevati da IXPE mostravano livelli estremamente elevati di polarizzazione. Inoltre, la direzione di quella polarizzazione rimaneva legata al campo magnetico di 1E1547 nello stesso modo osservato nelle osservazioni radio.

"A causa della forza del campo magnetico, le particelle virtuali di Heisenberg si allineano con la direzione in cui punta il campo", ha detto il dottor Lower. "Seguendo attentamente la direzione in cui le onde radio e i raggi X oscillano mentre la magnetar ruota, il team ha scoperto che l'allineamento dei poli magnetici e di rotazione di 1E1547 era ideale per rilevare la birifrangenza del vuoto."

Se l'interpretazione sarà confermata, il risultato potrebbe aiutare i fisici a testare come le teorie consolidate della fisica quantistica si comportano in alcune delle condizioni più estreme trovate in qualsiasi parte dell'universo. Il dottor Lower ha affermato che ulteriori osservazioni e simulazioni al computer più avanzate potrebbero aiutare a stabilire se il segnale provenga davvero dalla birifrangenza del vuoto.